Двухцветный свет позволил управлять направлением тока в графене
Физики научились управлять электронами в графене с помощью двух согласованных лазерных полей. Первое временно переводило материал в особое неравновесное состояние, а второе задавало силу и направление возникающего фототока.
Эксперимент провели исследователи из нескольких университетов Германии, Израиля и США. Работа опубликована в Nature Physics и показывает, как свет может не только создавать необычное состояние материала, но и управлять электронами внутри него.
Как устроен эксперимент
Учёные использовали микроскопическую полоску однослойного графена на подложке из карбида кремния. Образец с золотыми контактами находился в вакууме при комнатной температуре.
На центр полоски направляли циркулярно поляризованные лазерные импульсы длиной волны 1550 нанометров и длительностью около 200 фемтосекунд. Поле временно меняло зонную структуру графена и создавало состояние Флоке с топологическими свойствами, отсутствующими в равновесии.
Затем исследователи добавляли вторую гармонику с удвоенной частотой и длиной волны 775 нанометров. Изменяя поляризацию и взаимную задержку импульсов, они регулировали силу и направление фототока, измеряемого через контакты.
Какие эффекты увидели физики
Ток зависел от направления вращения второго светового поля. Кроме того, электроны отклонялись в поперечном направлении без внешнего магнитного поля — это проявление полностью оптического аномального эффекта Холла.
Измерения и расчёты также указали на долинно-поляризованные токи: две области электронной структуры графена вносили неодинаковый вклад. Фототок реагировал на изменения внутри одного цикла световой волны, что подчёркивает сверхбыстрый характер процесса.
Перспективы и ограничения
Пока речь идёт о фундаментальном эксперименте, а не о готовом транзисторе или процессоре. Состояние существует лишь во время воздействия импульсов, а металлические контакты в установке использовались для измерения тока.
Читайте также: квантовый материал из золота работает без охлаждения.
Метод может пригодиться для изучения и управления краткоживущими состояниями в других двумерных материалах. В перспективе такие гибридные состояния света и вещества рассматривают для электроники, сенсоров, спектроскопии и способов кодирования информации, но практические устройства потребуют дальнейших исследований.
