Een team van onderzoekers heeft een eenvoudige manier bedacht om een ​​kenmerkend kwantumeffect in grafeen – het materiaal gevormd uit een enkele laag koolstofatomen – af te stemmen door het in licht te baden. Hun theoretische werk, die onlangs werd gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven , suggereert een manier om nieuw kwantumgedrag te realiseren dat eerder was voorspeld maar tot nu toe ontoegankelijk is gebleven in experimenten.

"Ons idee is om licht te gebruiken om deze materialen op hun plaats te construeren, " zegt Tobias Gras, een postdoctoraal onderzoeker aan het Joint Quantum Institute (JQI) en een co-auteur van het artikel. "Het grote voordeel van licht is zijn flexibiliteit. Het is alsof je een knop hebt die de fysica in je sample kan veranderen."

Het voorstel stelt een methode voor om een ​​fysiek effect te veranderen dat optreedt in platte materialen die bij zeer lage temperaturen worden bewaard en worden blootgesteld aan extreem sterke magneten - minstens duizend keer sterker dan een koelkastmagneet. Onder deze omstandigheden, elektronen die in een tweedimensionaal landschap rondscharrelen, beginnen zich op een ongebruikelijke manier te gedragen. In plaats van continu door het materiaal te stromen, ze worden opgesloten in strakke cirkelvormige banen van bepaalde afmetingen en energieën, nauwelijks van hun plek afdwalen. Slechts een bepaald aantal elektronen kan elke baan innemen. Wanneer banen gedeeltelijk zijn gevuld - waardoor elektronen wat ruimte krijgen om te ademen - activeert dit nieuwe soorten interacties tussen de geladen deeltjes en leidt dit tot een complexe kwantumdans.

Elektronen voeren deze choreografie - bekend als het fractionele quantum Hall-effect - uit in grafeen. interessant, het afstemmen van de interacties tussen elektronen kan ze overhalen tot verschillende quantum Hall-danspatronen, maar het vereist een sterkere magneet of een heel ander monster - soms met twee lagen grafeen op elkaar gestapeld.

Het nieuwe werk, dat is een samenwerking tussen onderzoekers van JQI en het City College of New York, stelt voor om laserlicht te gebruiken om enkele van deze experimentele uitdagingen te omzeilen en zelfs nieuwe kwantumdansen te creëren. Het licht kan elektronen ertoe aanzetten om tussen banen met verschillende energieën te springen. Als resultaat, de interacties tussen de elektronen veranderen en leiden tot een ander danspatroon, waaronder enkele die nog nooit eerder in experimenten zijn gezien. De intensiteit en frequentie van het licht veranderen het aantal elektronen in specifieke banen, het verstrekken van een gemakkelijke manier om de prestaties van de elektronen te controleren. "Zo'n interactie tussen licht en materie resulteert in sommige modellen die eerder theoretisch zijn bestudeerd, " zegt Mohammed Hafezi, een JQI Fellow en een auteur van het papier. "Maar er werd geen experimenteel schema voorgesteld om ze te implementeren."

Het ontsluiten van die theoretische dansen kan nieuw kwantumgedrag onthullen. Sommigen kunnen zelfs exotische kwantumdeeltjes voortbrengen die zouden kunnen samenwerken om beschermd te blijven tegen ruis - een verleidelijk idee dat nuttig zou kunnen zijn bij het bouwen van robuuste kwantumcomputers.