In de jaren 1960, een exotische fase van materie die bekend staat als een excitonische isolator werd voorgesteld. Decennia later, bewijs voor deze fase werd gevonden in echte materialen. Onlangs, bijzondere aandacht is gericht op Ta ₂ NiSe ₅ omdat in dit materiaal bij kamertemperatuur een excitonische isolatorfase kan bestaan. De stof is opgebouwd uit de elementen tantaal, nikkel, en selenium, en heeft het potentieel om te leiden tot doorbraken op het gebied van energiezuinigere, snellere computers.

Nutsvoorzieningen, in een nieuwe Fysieke beoordelingsbrieven studie van Caltech, onderzoekers hebben, Voor de eerste keer, bedacht hoe je de stukjes van de excitonische isolator in Ta . "omdraait" ₂ NiSe ₅ . Computers communiceren met behulp van een binaire taal van enen en nullen, die ook wel bits worden genoemd. Om computers te laten werken, de bits moeten worden in- of uitgeschakeld (met enen aan en nullen uit). Sommige hedendaagse computerhardware werkt door de magnetische momenten om te draaien, of oriëntaties, van elektronen, die zowel omhoog als omlaag kan zijn. Hoewel excitonische isolatoren geen magnetische momenten hebben, in Ta ₂ NiSe ₅ ze herbergen twee intrinsieke oriëntaties die kunnen worden gebruikt om enen en nullen weer te geven.

"In het geval van magnetische momenten, men kan hun richting omdraaien door tegengestelde magnetische velden aan te brengen, bijvoorbeeld. Maar er is geen equivalent bekend van een magnetisch veld voor excitonische isolatoren. We bedachten een manier om licht te gebruiken om deze taak uit te voeren, " zegt David Hsieh, een professor in de natuurkunde aan Caltech, lid van het Instituut voor Quantum Informatie en Materie (IQIM), en een co-auteur van de nieuwe studie.

In de nieuwe theoretische en experimentele studie, de natuurkundigen demonstreren hoe ze uitbarstingen van laserlicht kunnen gebruiken om de excitonische isolatorfasen te regelen op tijdschalen korter dan een picoseconde, dat is een biljoenste van een seconde. Hoewel het werk gevolgen heeft voor ultrasnelle computerverwerking, de onderzoekers zijn ook enthousiast over de fundamentele aspecten van hun ontdekkingen.

"In het proces van het leren beheersen en manipuleren van dit materiaal, we onthullen ook de onderliggende natuurregels voor een zeldzame toestand van materie, " zegt de hoofdauteur van het onderzoek, Honglie Ning, een afgestudeerde student die in het laboratorium van Hsieh werkt.

De Fysieke beoordelingsbrieven studie is getiteld "Signatures of Ultrafast Reversal of Excitonic Order in Ta ₂ NiSe ₅ ."