مواد و ساخت پیشرفته

محققان یک تکنیک نوری پیشرفته را برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد یک ماده کوانتومی به نامTa2NiSe5  توسعه دادند که این مطالعه در Nature Materials منتشر شده است. مواد می‌توانند از طریق محرک‌های خارجی مختلف، اغلب با تغییرات دما یا فشار، آشفته شوند. با این حال از آنجاییکه نور سریع‌ترین چیز در جهان است، مواد بسیار سریع به محرک‌های نوری پاسخ می‌دهند و ویژگی‌هایی را آشکار می‌کنند که در سایر حالات پنهان می‌ماند.

پروفسور ریچارد آوریت که رهبری این تحقیق را برعهده داشت در این رابطه می‌گوید در اصل، ما لیزر را بر روی یک ماده می‌تابانیم و مانند عکاسی استاپ‌اکشن می‌توانیم به‌صورت تدریجی خاصیت خاصی از آن ماده را دنبال کنیم. با نگاه کردن به اینکه چگونه ذرات تشکیل دهنده در آن سیستم حرکت می‌کنند، می‌توانیم این ویژگی‌هایی را که واقعاً یافتن آنها دشوار است، کشف کنیم.

این آزمایش توسط شیخ رباع الحاک نویسنده اصلی مقاله و محقق فوق دکترا در دانشگاه استنفورد انجام شده است. او به همراه یوان ژانگ یکی دیگر از دانشجویان فارغ التحصیل در آزمایشگاه آوریت، تکنیکی به نام طیف‌سنجی دامنه زمانی تراهرتزی را بهبود بخشیدند. این تکنیک به دانشمندان اجازه می‌دهد تا خواص یک ماده را در طیف وسیعی از فرکانس‌ها اندازه‌گیری کنند و پیشرفت‌های الحاک به آنها امکان دسترسی به طیف وسیع‌تری از فرکانس‌ها را می‌دهد.

این کار براساس نظریه‌ای است که توسط یوجین دملر یکی دیگر از نویسندگان مقاله و استاد انستیتوی فناوری زوریخ مطرح شده است. دملر و دانشجوی فارغ التحصیلش ماریو مایکل این ایده را توسعه دادند که وقتی مواد کوانتومی خاصی توسط نور برانگیخته می‌شوند ممکن است به محیطی تبدیل گردند که نور فرکانس تراهرتزی را تقویت کند. این امر باعث شد که الحاک و همکارانش به بررسی دقیق خواص نوری مادهTa2NiSe5  بپردازند.

هنگامیکه یک الکترون توسط یک فوتون به سطح بالاتری برانگیخته می‌شود، یک حفره را پشت سر می‌گذارد. اگر الکترون و حفره محدود شوند، یک اکسیتون ایجاد می‌شود. اکسیتون‌ها همچنین ممکن است یک میعان تشکیل دهند - حالتی که زمانی اتفاق می‌افتد که ذرات به هم می‌رسند و مانند یک موجودیت واحد رفتار می‌کنند.

تیم تحقیق با تکنیک الحاک، با حمایت نظریه دملر و با استفاده از محاسبات تابعی چگالی توسط گروه آنجل روبیو در موسسه ماکس پلانک برای ساختار و دینامیک ماده، توانست تقویت غیرعادی نور تراهرتز را مشاهده کند که برخی از ویژگی‌های پنهان میعان اکسیتون TNS را آشکار کرد.

میعانات یک حالت کوانتومی کاملاً تعریف شده هستند و با استفاده از این تکنیک طیف‌سنجی می‌توان برخی از ویژگی‌های کوانتومی آنها را بر روی نور حک کرد. این نکته ممکن است پیامدهایی در زمینه نوظهور منابع نور درهم تنیده (که در آن چندین منبع نور دارای خواص به هم پیوسته هستند) با استفاده از مواد کوانتومی داشته باشد. الحاک می گوید من فکر می‌کنم این یک حوزه باز است. تئوری دملر را می‌توان برای مجموعه‌ای از مواد دیگر با خواص نوری غیرخطی به کار برد. با این تکنیک، می‌توانیم پدیده‌های جدید ناشی از نور را کشف کنیم که قبلاً کاوش نشده‌اند.

منبع