В 1960-х годах была предложена экзотическая фаза вещества, известная как экситонный изолятор. Спустя десятилетия доказательства этой фазы были обнаружены в реальных материалах. В последнее время особое внимание было уделено Ta2NiSe5, поскольку фаза экситонного изолятора может существовать в этом материале при комнатных температурах. Вещество состоит из элементов тантала, никеля и селена и может привести к прорыву в создании более энергоэффективных и быстрых компьютеров.
Теперь, в новом исследовании Physical Review Letters от Калифорнийского технологического института, исследователи впервые выяснили, как «перевернуть биты» экситонного изолятора, обнаруженного в Ta2NiSe5. Компьютеры общаются с использованием двоичного языка единиц и нулей, которые также называются битами. Чтобы компьютеры работали, биты должны включаться или выключаться (при этом единицы должны быть включены, а нули выключены). Некоторое современное компьютерное оборудование работает, меняя магнитные моменты или ориентации электронов, которые могут быть как вверх, так и вниз. В то время как экситонные изоляторы не имеют магнитных моментов, в Ta2NiSe5 они обладают двумя внутренними ориентациями, которые можно использовать для представления единиц и нулей.
«В случае магнитных моментов можно изменить их направление, например, приложив противоположные магнитные поля. Но нет известного эквивалента магнитного поля для экситонных изоляторов. Мы придумали способ использования света для выполнения этой задачи, «- говорит Дэвид Хси , профессор физики в Калифорнийском технологическом институте, член Института квантовой информации и материи (IQIM) и соавтор нового исследования.
В новом теоретическом и экспериментальном исследовании физики демонстрируют, как использовать всплески лазерного излучения для управления фазами экситонного изолятора во временных масштабах меньше пикосекунды, что составляет одну триллионную долю секунды. Хотя эта работа имеет значение для сверхбыстрой компьютерной обработки, исследователи также воодушевлены фундаментальными аспектами своих открытий.
«В процессе обучения контролю и манипулированию этим материалом мы также раскрываем основные законы природы для редкого состояния материи», — говорит ведущий автор исследования Хунли Нин, аспирант, работающий в лаборатории Се.
Исследование Physical Review Letters под названием « Сигнатуры сверхбыстрого обращения экситонного порядка в Ta2NiSe5 » финансировалось Агентством перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США, IQIM / Национальным научным фондом, Министерством энергетики, стипендией научного фонда Ямада для зарубежных исследований, и Японское общество содействия научным зарубежным исследовательским стипендиям. Среди других авторов Калифорнийского технологического института — аспирант Омар Мехио; Майкл Буххольд, бывший докторант теоретической физики; и Гил Рафаэль, профессор теоретической физики Калифорнийского технологического института имени Тейлора У. Лоуренса. Среди других авторов — Такаши Курумаджи и Джозеф Чекельски из Массачусетского технологического института.
CONTACT
Whitney Clavin
wclavin@caltech.edu