En física, actualmente son objeto de una investigación intensiva; en electrónica, podrían permitir funciones completamente nuevas. Los llamados materiales topológicos se caracterizan por propiedades electrónicas especiales, que también son muy robustas frente a perturbaciones externas. Este grupo de materiales también incluyeditellurida de tungsteno. En este material, dicho estado topológicamente protegido se puede "romper" usando pulsos láser especiales en unas pocas billonésimas de segundo "picosegundos" y, por lo tanto, cambiar sus propiedades. Esto podría ser un requisito clave para realizarlo extremadamente rápido, interruptores optoelectrónicos. Por primera vez, los físicos de la Universidad de Kiel CAU, en cooperación con investigadores del Instituto Max Planck de Física Química de los Sólidos MPI-CPfS en Dresden, la Universidad de Tsinghua en Beijing y la Universidad Tecnológica de Shanghai, han podidopara observar los cambios en las propiedades electrónicas de este material en experimentos en tiempo real. Usando pulsos láser, ponen los átomos en una muestra de tungsten ditellurida en un estado de excitación controlada, y fueron capaces de seguir los cambios resultantes en las propiedades electrónicas "en vivo" con mediciones de alta precisión.Publicaron sus resultados recientemente en la revista científica Comunicaciones de la naturaleza .
"Si estos cambios inducidos por láser pueden revertirse nuevamente, esencialmente tenemos un interruptor que puede activarse ópticamente y que puede cambiar entre diferentes estados electrónicos", explicó Michael Bauer, profesor de física de estado sólido en la CAU.El proceso de cambio ya ha sido predicho por otro estudio, en el que investigadores de los EE. UU. pudieron observar directamente los movimientos atómicos en el ditellurida de tungsteno. En su estudio, los físicos del Instituto de Física Experimental y Aplicada de la CAU ahora se centraron encomportamiento de los electrones y cómo se pueden alterar las propiedades electrónicas en el mismo material usando pulsos láser.
semimetales Weyl con propiedades electrónicas inusuales
"Algunos de los electrones en el ditellurida de tungsteno son altamente móviles, por lo que son excelentes portadores de información para aplicaciones electrónicas. Esto se debe al hecho de que se comportan como los llamados fermiones de Weyl", dijo la investigadora doctoral Petra Hein para explicar lo inusualpropiedades del material, también conocido como Weyl semimetal. Los fermiones de Weyl son partículas sin masa con propiedades especiales y anteriormente solo se han observado indirectamente como "cuasi partículas" en sólidos como el ditellurida de tungsteno. "Por primera vez, ahora pudimoshacer visibles los cambios en las áreas de la estructura electrónica, en las que se exhiben estas propiedades de Weyl ".
Las excitaciones del material cambian sus propiedades electrónicas
Para capturar los cambios apenas visibles en las propiedades electrónicas, se requirió un diseño experimental altamente sensible, mediciones extremadamente precisas y un análisis exhaustivo de los datos obtenidos. Durante los últimos años, el equipo de investigación de Kiel pudo desarrollar un experimento de este tipo conla necesaria estabilidad a largo plazo. Con los pulsos láser generados, colocaron los átomos dentro de una muestra de ditellurida de tungsteno en un estado de excitación vibratoria. Surgieron diferentes excitaciones vibratorias superpuestas, que a su vez cambiaron las propiedades electrónicas del material ".Se sabía que las vibraciones atómicas cambiaban las propiedades electrónicas de Weyl. Queríamos saber exactamente cómo se ve este cambio ", dijo Hein para describir uno de los objetivos clave del estudio.
La serie de instantáneas muestra cómo cambian las propiedades
Para observar este proceso específico, el equipo de investigación irradió el material con un segundo pulso láser después de unos pocos picosegundos. Esto liberó electrones de la muestra, lo que permitió sacar conclusiones sobre la estructura electrónica del material; el método es conocidocomo "espectroscopía de fotoelectrones resuelta en el tiempo". Debido al corto tiempo de exposición de solo 0.1 picosegundos, obtenemos una instantánea del estado electrónico del material. Podemos combinar muchas de estas imágenes individuales en una película y así observar cómo el materialreacciona a la excitación por el primer pulso láser ", dijo el Dr. Stephan Jauernik para explicar el método de medición.
La grabación de un solo conjunto de datos en el proceso de modificación extremadamente corto generalmente tomó una semana. El equipo de investigación de Kiel evaluó una gran cantidad de dichos conjuntos de datos utilizando un enfoque analítico recientemente desarrollado y, por lo tanto, pudo visualizar los cambios en las propiedades electrónicas de Weylditellurida de tungsteno.
Procesos de conmutación extremadamente cortos concebibles
"Nuestros resultados demuestran la interacción sensible y altamente selectiva entre las vibraciones de los átomos del sólido y las propiedades electrónicas inusuales de ditellurida de tungsteno", resumió Bauer. La investigación de seguimiento tiene como objetivo investigar si tales procesos de conmutación electrónica pueden activarseincluso más rápido, directamente por el pulso láser irradiado, como ya se ha predicho teóricamente para otros materiales topológicos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Kiel . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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