Een POSTECH-onderzoeksteam onder leiding van professor Gil-Ho Lee en Gil Young Cho (Department of Physics) heeft een platform ontwikkeld dat de eigenschappen van vaste materialen met licht kan controleren en meten.

Erkend voor het ontwikkelen van een platform om de eigenschappen van materialen op verschillende manieren met licht te controleren en te meten, werden de bevindingen van het onderzoek gepubliceerd in het tijdschrift Nature op 15 maart 2022.

De elektrische eigenschappen van een materiaal worden bepaald door de beweging van elektronen in het materiaal. Een materiaal wordt bijvoorbeeld gedefinieerd als een metaal als elektronen vrij kunnen bewegen; anders is het een isolator. Om de elektrische eigenschappen van deze vaste stoffen te veranderen, wordt in het algemeen gebruik gemaakt van warmte of druk of het toevoegen van onzuiverheden. Dit komt omdat de verandering in de positie van de atomen in de vaste stof de beweging van elektronen dienovereenkomstig verandert.

Daarentegen is de Floquet-toestand voorgesteld, waarin de oorspronkelijke kwantumtoestand wordt gerepliceerd wanneer licht op materie wordt bestraald. Door een dergelijk concept te gebruiken, kunnen kwantumtoestanden van materie gemakkelijk worden gemanipuleerd met licht, dat effectief kan worden gebruikt in kwantumsystemen.

In eerdere experimenten was de lichtintensiteit voor het realiseren van de Floquet-toestand in vaste stoffen enorm vanwege de hoge lichtfrequentie. Ook duren Floquet-toestanden slechts een zeer korte tijd van 250 femtoseconden. Vanwege hun voorbijgaande aard zijn meer kwantitatieve studies van hun kenmerken beperkt gebleven.

Het POSTECH-onderzoeksteam is erin geslaagd de stabiele Floquet-toestand in een grafeen Josephson-junctie (GJJ) experimenteel te realiseren en er continue microgolven op te bestralen. De intensiteit van het licht is verlaagd tot een biljoenste van de waarde van eerdere experimenten, waardoor de warmteontwikkeling aanzienlijk is verminderd en continu langdurige Floquet-toestanden mogelijk zijn.

Het onderzoeksteam ontwikkelde ook een nieuwe supergeleidende tunneling-spectroscopie om de Floquet-toestanden te meten met een hoge energieresolutie. Dit is nodig om de kenmerken van de Floquet-toestand kwantitatief te verifiëren, die varieert afhankelijk van de intensiteit, frequentie en polarisatie van het licht dat op het apparaat wordt toegepast.

"Deze studie is belangrijk omdat we een platform hebben gecreëerd dat de Floquet-staat in detail kan bestuderen", legden professoren Gil-Ho Lee en Gil Young Cho uit die de studie leidden. Ze voegden eraan toe:"We zijn van plan om de correlatie tussen eigenschappen van licht, zoals polarisatie, en de Floquet-toestanden verder te onderzoeken." + Verder verkennen

Onderzoekers observeren interferentie-effect tussen Floquet quasi-deeltjes met behulp van strontium optische roosterklok