Nature | 利用光设计固体中的量子态

       来源:Pohang University of Science & Technology (POSTECH)

       简介:一个研究团队开发了一个平台，可以通过光来控制固体材料的性能，并对其进行测量。

       该研究开发了一个利用光线以各不同方式控制和测量材料性能的平台。该研究结果于2022年3月15日(GMT)在国际顶级学术期刊《Nature》上发表。

       材料的电学性质是由材料中电子的运动决定的。 例如，如果一种材料的电子可以自由移动，它就被定义为金属，否则它就是绝缘体。为了改变这些固体的电学性质，通常采用加热或加压或添加杂质的方法。 这是因为固体中原子位置的改变会相应地改变电子的运动。

图1：Andreev束缚态原理图和器件几何原理图。（a）石墨烯与两个超导体接触形成ABS（Andreev bound states）的微观图。 

（b）器件示意图石墨烯(绿色)与形成Josephson结的Al超导电极(黄色)呈欧姆接触，与另一个Al电极呈隧道接触(蓝色)。

       相反， Floquet state被提出，即光照射物质时，原始量子态被重复。利用这一概念，可以很容易地利用光来操纵物质的量子态，从而有效地应用于量子系统。

       在以往的实验中，由于光的频率较高，在固体中实现Floquet态需要的光强度很大。此外，Floquet状态只持续时间非常短，约为250飞秒(1飞秒是1万亿分之一秒)。由于它们的短暂性，这限制了对它们特性的定量研究。

       POSTEC的研究团队通过对石墨烯Josephson junction(GJJ)进行连续微波辐照，成功地在实验中实现了稳定的Floquet态。所需的光强度已经降低到以前实验值的万亿分之一，显著减少了热的产生，并使Floquet态持续时间更长。

       该研究团队还开发了一种新型的超导隧穿光谱仪，以高分辨率测量Floquet态。这对于定量地验证Floquet状态的特性是必要的，Floquet状态的变化取决于器件中的光的强度、频率和偏振。

       主导该研究的Gil-Ho Lee教授和Gil Young Cho教授解释说:“此次研究创造了可以详细研究Floquet态的平台，具有重要意义。” 他们补充说，“我们计划进一步研究光的特性之间的关系，比如偏振，和Floquet状态。” 

[1] Sein Park, Wonjun Lee, Seong Jang, Yong-Bin Choi, Jinho Park, Woochan Jung, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Gil Young Cho, Gil-Ho Lee. Steady Floquet–Andreev states in graphene Josephson junctions. Nature, 2022; 603 (7901): 421 DOI: 10.1038/s41586-021-04364-8