Flussi di luce laser controllano correnti giganti a tempi ultra-rapidi
Il flusso di materia, dalle correnti d’acqua macroscopiche al flusso microscopico di carica elettrica, è alla base gran parte dell’infrastruttura dei tempi moderni. Nella ricerca di soluzioni innovative per l’efficienza energetica, la capacità di archiviazione dei dati e la velocità di elaborazione, gli scienziati cercano modi per controllare il flusso di aspetti quantistici della materia, come lo “spin” di un elettrone – il suo momento magnetico – o il suo “stato di valle”, un nuovo aspetto quantistico della materia trovato in molti materiali bidimensionali. Un team di ricercatori ha recentemente scoperto un modo per indurre e controllare il flusso di correnti di spin e valle a tempi ultra-rapidi con impulsi laser appositamente progettati, offrendo una nuova prospettiva alla ricerca in corso della prossima generazione di tecnologie dell’informazione.
Il controllo ultra-rapido della luce laser sui fondamentali gradi di libertà quantistica della materia rappresenta la sfida fondamentale da superare per stabilire le future tecnologie dell’informazione oltre l’elettronica semiconduttore che definisce il nostro presente. Due dei più promettenti gradi di libertà quantistica in questo senso sono lo spin dell’elettrone e l'”indice di valle”, quest’ultimo un grado emergente di libertà dei materiali bidimensionali legato al momento del quasiparticella. Sia la spintronica che la valleytronica offrono molti vantaggi potenziali rispetto all’elettronica classica in termini di velocità di manipolazione dei dati ed efficienza energetica. Tuttavia, mentre le eccitazioni di spin subiscono una perdita di carattere dinamico derivante dalla precessione di spin indotta dall’orbita di spin, la funzione d’onda di valle rappresenta un “bit di dati” la cui stabilità è minacciata solo dalla diffusione intervalley, una caratteristica controllabile dalla qualità del campione. La valleytronica rappresenta quindi una piattaforma potenzialmente robusta per andare oltre l’elettronica classica.
Al cuore di qualsiasi futura tecnologia valleytronica o spintronica risiederà, oltre alle eccitazioni quantistiche che codificano bit di dati, il controllo e la creazione di correnti di valle e spin. Tuttavia, sebbene si sia prestata attenzione alla messa a punto di forme di luce su scale di tempo ultra-rapide per eccitare selettivamente quasiparticelle di valle, la creazione precisa e il controllo di correnti di valle e spin – vitale per qualsiasi futura tecnologia valleytronica – è rimasto al di là del campo del controllo della luce ultra-rapida. In uno studio pubblicato recentemente in Science Advances, un team di ricercatori del Max Born Institute di Berlino ha mostrato come un impulso laser ibrido che combina due tipi di polarizzazione consenta il completo controllo sulle correnti indotte dalla luce laser ultra-rapida.
Il controllo dello stato di carica con luce polarizzata circularmente è ormai ben consolidato, il famoso “blocco di spin-valle” dei dichalcogenuri di metalli di transizione che ha origine dalla risposta selettiva alla valle della luce polarizzata circularmente. Ciò può essere visto come derivante da una regola di selezione che coinvolge i numeri quantistici magnetici degli orbitali d che compongono i bordi dello stato gap. Sebbene la luce polarizzata circularmente ecciti la carica di valle, non crea tuttavia una corrente di valle. Questa situazione è dovuta al fatto che per ogni quasi-momento nella valle kvalley che viene eccitato, corrisponde un -kvalley che viene anche eccitato: le velocità di Bloch si annullano e non vi è corrente netta di valle.
Il controllo completo delle correnti di valle indotte dalla
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