Новости

Jun 11, 2023

Ученые исследуют квантовые материалы на глубоких уровнях

Терагерцовая эмиссионная спектроскопия стала ценным методом

Терагерцовая эмиссионная спектроскопия стала ценным методом исследования статических физических свойств, а также сверхбыстрой динамики, происходящей в новых материальных системах, которые могут оставаться скрытыми для других зондов. В новой статье в журнале Light: Science & Applications группа ученых Лос-Аламосской национальной лаборатории под руководством Хоу-Тонг Чена из Центра интегрированных нанотехнологий лаборатории рассматривает подборку недавних исследований, в которых использовалась терагерцовая эмиссионная спектроскопия для раскрытия основных свойства и сложное динамическое поведение новых материалов. К ним относятся квантовые материалы, такие как сверхпроводники и магниты, а также низкоразмерные материалы, такие как графен и металлические наноструктуры.

«Хотя существует множество нелинейно-оптических спектроскопий, терагерцовое излучение позволяет исследовать свойства и динамику материала, которые могут оставаться скрытыми от других методов», — сказал Джейкоб Петтин, ученый-материаловед из Лос-Аламоса и соавтор статьи. «Поэтому этот метод стал весьма важным для исследования новых материалов».

Центральная концепция терагерцовой эмиссионной спектроскопии — выпрямление или преобразование высокочастотных оптических полей в низкочастотные токи, аналогичное выпрямлению, необходимому для преобразования переменного тока, идущего от стены, в постоянный ток, который может питать бытовые приборы или заряжать аккумуляторы. . В основе любого процесса выпрямления лежит нарушение симметрии – часто пространственная зеркальная/инверсионная симметрия, хотя нарушение симметрии с обращением времени становится ключевым моментом в магнитных системах.

«На самом базовом уровне излучение терагерцового излучения требует некоторой направленности вашего материала, в пространстве и/или времени», — отметил соавтор Николас Сирика, также из Лос-Аламоса. «Итак, если вы излучаете терагерцовый свет, это сразу говорит вам кое-что о симметрии системы».

Соведущий автор Прашант Падманабхан добавил: «Затем вы сможете получить детальное представление о структуре материала, электронных и магнитных свойствах, а также взаимодействиях света и материи, измеряя излучаемое терагерцовое поле в ответ на различную поляризацию, частоту или амплитуду падающего света».

Дополнительной темой, рассматриваемой в обзоре, является взаимодействие между внутренним (то есть атомной решеткой) и внешним (искусственным/наномасштабным) структурированием, где искусственное структурирование может привнести новые симметрии и усилить отклики на терагерцовый ток, которые в противном случае могли бы быть слабыми или запрещенными в внутренний/объемный материал. До сих пор основное внимание уделялось изучению либо сложных объемных свойств новых квантовых материалов, либо сложного поведения, которое может возникать в низкоразмерных/наноструктурированных формах относительно простых металлов, полуметаллов или полупроводников. Одной из попыток этого обзора является выявление возможностей на пересечении этих идей.

«В этом обзорном документе мы стремимся предоставить обзор основных систем и основных механизмов, исследованных до сих пор с помощью терагерцового излучения», — отметил Чен. «Мы также пытаемся выделить возможности для разработки такой симметрии взаимодействия материала и света-материи в искусственно структурированных системах».

Взаимодействие между внутренним, внешним и гибридным структурированием материала может стимулировать открытие экзотических свойств и явлений, выходящих за рамки существующих материальных парадигм, отмечается в статье.

Финансирование: Программа исследований и разработок под руководством лаборатории Лос-Аламосской национальной лаборатории. Эта работа частично выполнялась в Центре интегрированных нанотехнологий, научно-исследовательском центре Управления науки Министерства энергетики США.

Бумага: Сверхбыстрое терагерцовое излучение от новых материалов с нарушенной симметрией, Свет: наука и применение. Джейкоб Петтин, Прашант Падманабхан, Николас Сирика, Рохит П. Прасанкумар, Антуанетта Дж. Тейлор и Хоу-Тонг Чен