Il a été prouvé que les impulsions lumineuses ultra-courtes ne peuvent pas être distinguées de la lumière continue


Il a été prouvé que les impulsions lumineuses ultra-courtes ne peuvent pas être distinguées de la lumière continue

processus non linéaires permettent aux chercheurs de contrôler et de manipuler la lumière par le biais d’interactions avec la matière. Ici, la génération de fréquence de somme mélange deux couleurs de lumière dans un cristal pour créer une nouvelle troisième couleur. Dans cette nouvelle étude, FLEET utilise la spectroscopie non linéaire pour contrôler la structure de bande électronique d’une seule couche d’atomes. Crédit d’image : FLOTTE

En ce qui concerne le contrôle des états électroniques du disulfure de tungstène (WS2), un matériau atomiquement mince, les impulsions ultracourtes sont manifestement impossibles à distinguer de l’éclairage continu.

Une nouvelle étude menée par Swinburne prouve que des impulsions lumineuses ultracourtes peuvent être utilisées pour contrôler les transitions vers de nouvelles phases de la matière, facilitant ainsi la recherche d’une future électronique basse énergie basée sur Floquet.

Il existe un intérêt considérable pour le contrôle temporaire de la structure de bande d’un semi-conducteur à couche unique en utilisant des impulsions lumineuses ultracourtes pour créer et contrôler de nouvelles phases exotiques de matière.

Les états temporaires résultants, connus sous le nom d’états de Floquet-Bloch, sont intéressants à la fois du point de vue de la recherche et d’une nouvelle classe de transistors proposée basée sur des isolateurs de Floquet topologiques (FTI).

Dans une découverte clé, il a été montré que les impulsions lumineuses ultra-courtes nécessaires pour détecter la formation d’états de Floquet sont tout aussi efficaces pour déclencher la condition que l’éclairage continu, une question importante qui a été largement ignorée.

Perms ou impulsions ultra-courtes : le problème du temps

La physique de Floquet, qui a été utilisée pour prédire comment un isolateur pourrait être converti en un FTI, est basée sur un purement sinusoïdal, c’est-à-dire un éclairage continu, monochromatique (une seule longueur d’) sans début ni fin.

Il a été prouvé que les impulsions lumineuses ultra-courtes ne peuvent pas être distinguées de la lumière continue

L’auteur correspondant, le professeur Jeff Davis (Swinburne University of Technology) dirige le laboratoire de spectroscopie ultrarapide à Swinburne. Crédit d’image : FLOTTE

Afin d’observer cette transition de , cependant, seules des impulsions ultracourtes offrent des intensités de crête suffisantes pour produire un effet détectable. Et il y a le hic.

Allumer ou éteindre même la source de lumière la plus pure introduit une large gamme de fréquences supplémentaires dans le spectre de la lumière ; plus le commutateur est brusque, plus le spectre est large. Par conséquent, les impulsions ultracourtes telles que celles utilisées ici ne correspondent pas aux hypothèses sur lesquelles repose la physique de Floquet.

« Les impulsions ultra-courtes sont à peu près aussi loin que possible d’une onde monochromatique », explique le Dr. Stuart Earl de l’Université de technologie de Swinburne (Australie).

« Cependant, nous avons maintenant montré que même avec des impulsions plus courtes que 15 cycles optiques (34 femtosecondes ou 34 millionièmes de milliardième de seconde), cela n’a pas d’importance. »

La spectroscopie pompe-sonde d’une monocouche atomique déclenche une réponse immédiate

visible, bien qu’il ne soit constitué que d’une seule couche atomique. Son interaction est si forte que les photons qu’il émet peuvent être facilement détectés dans un laboratoire très éclairé, même à température ambiante, comme le montre la carte photoluminescente insérée. Crédit d’image : FLOTTE »/>

En raison de sa forte interaction avec la lumière, le WS2 Le cristal monocouche est visible même s’il n’est constitué que d’une seule couche d’atomes. Son interaction est si forte que les photons qu’il émet peuvent être facilement détectés dans un laboratoire très éclairé, même à température ambiante, comme le montre la carte photoluminescente insérée. Crédit d’image : FLOTTE

Dr. Earl a travaillé avec des employés de l’Université nationale australienne et de l’ARC Center for Future Low-Energy Electronic Technologies (FLEET) pour créer une monocouche atomique de disulfure de tungstène (WS2) à des impulsions lumineuses de longueurs différentes, mais de même énergie totale, moyennant quoi l’intensité de crête est modifiée de manière contrôlée.

WS2 est un dichalcogénure de métal de transition (TMD), une famille de matériaux qui a été étudiée pour une utilisation dans l’électronique future « au-delà du CMOS ».

L’équipe a utilisé la spectroscopie à sonde d’excitation pour détecter un changement transitoire de l’énergie de l’exciton A de WS. observer2 grâce à l’effet optique Stark (la réalisation la plus simple de la physique de Floquet). Grâce à leur utilisation d’une impulsion de pompe à sous-bande interdite, le signal qu’ils ont mesuré, qui n’a duré que le temps de l’impulsion elle-même, était dû aux interactions entre l’équilibre et les états virtuels recouverts de photons au sein de l’échantillon.

« Cela peut sembler étrange que nous puissions utiliser des états virtuels pour manipuler une transition réelle », déclare le Dr. Comte. « Mais parce que nous avons utilisé une impulsion de pompe avec un écart de sous-bande, aucun état réel n’a été rempli. »

« Le WS2 a répondu immédiatement, mais plus important encore, sa réponse était linéairement dépendante de l’intensité momentanée de l’impulsion, comme si nous allumions un champ monochromatique infiniment lentement, c’est-à-dire de manière adiabatique », explique le professeur Jeff Davis, également à l’Université de technologie de Swinburne. était une découverte passionnante pour notre équipe. Bien que les impulsions aient été extrêmement courtes, les états du système sont restés cohérents. »

Il a été prouvé que les impulsions lumineuses ultra-courtes ne peuvent pas être distinguées de la lumière continue

Les « rayures » de la réflectivité différentielle (en fonction du retard relatif entre les impulsions de pompe et de sonde) indiquent que l’impulsion de pompe décale la bande interdite de la monocouche comme si elle était introduite infiniment lentement, même si elle ne fait que 34 fs. Crédit d’image : FLOTTE

La perturbation adiabatique est introduite extrêmement lentement pour permettre aux états du système de s’adapter, une exigence critique pour les FTI. Bien que les impulsions ultracourtes ne soient pas compatibles avec cette exigence, ce résultat montre clairement que c’est le cas pour ces monocouches atomiques. Cela permet désormais à l’équipe d’attribuer toutes les indications de comportement non adiabatique à l’échantillon et non à son expérience.

Ces résultats permettent désormais à l’équipe FLEET d’étudier les états de Floquet-Bloch dans ces matériaux avec une impulsion supérieure à la bande interdite qui devrait théoriquement conduire le matériau dans la phase exotique connue sous le nom d’isolateur topologique de Floquet. La compréhension de ce processus devrait ensuite aider les chercheurs à incorporer ces matériaux dans une nouvelle génération de transistors à faible énergie, à large bande passante et potentiellement ultrarapides.

Les systèmes qui présentent un transport sans perte lorsqu’ils sont déséquilibrés sont étudiés dans le thème de recherche 3 de FLEET, où de nouvelles électroniques extrêmement économes en énergie sont recherchées pour faire face à la consommation d’énergie croissante et non durable des ordinateurs (déjà 8 % de la mondiale et double chaque décennie).


Des chercheurs observent l’effet d’interférence entre les quasiparticules de Floquet à l’aide d’une horloge optique à réseau de strontium


Plus d’information:
Earl, SK, et al., dynamique cohérente des états de Floquet-Bloch en monocouche WS2 montre une commutation adiabatique rapide, Vérification physique B (2021). DOI : 10.1103 / PhysRevB.104.L060303

Citation: Impulsions lumineuses ultra-courtes qui sont manifestement indiscernables de l’éclairage continu (2021, 5 octobre), consulté le 5 octobre 2021 à partir de https://phys.org/news/2021-10-ultrashort-pulses-proven-indistinguishable-illumination .html

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