คุณลักษณะทางไฟฟ้าที่เป็นเอกลักษณ์ในวัสดุควอนตัมสามารถควบคุมได้โดยใช้แสง

การศึกษาเล่าเรียนใหม่จากนักวิจัยของเพนน์พบว่า Weyl semimetals ซึ่งเป็นวัสดุประเภทควอนตัมมีสถานะควอนตัมจำนวนหลายชิ้นซึ่งคุณลักษณะทางไฟฟ้าสามารถควบคุมได้โดยใช้แสงสว่าง โครงการนำโดย Ritesh Agarwal แล้วก็นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Zhurun ​​Ji ในคณะวิศวกรรมศาสตร์และก็วิทยาศาสตร์ประยุกต์โดยความร่วมมือกับ Charles Kane, Eugene Mele และ Andrew M. Rappe ในคณะวิชาศิลป์รวมทั้งวิทยาศาสตร์พร้อม Zheng Liu จาก Nanyang Technological University . Zachariah Addison, Gerui Liu, Wenjing Liu แล้วก็ Heng Gao และก็ Peng Yu ของ Nanyang ก็มีส่วนสำหรับเพื่อการทำงานด้วยเหมือนกัน ผลจากการศึกษาค้นคว้าและทำการวิจัยของพวกเขาถูกตีพิมพ์ในสิ่งของธรรมชาติ

ข้อเสนอแนะของคุณสมบัติphotogalvanic ที่ไม่เป็นทางการกลุ่มนี้หรือความสามารถในการสร้างกระแสไฟฟ้าโดยใช้แสงได้รับรายงานหนแรกโดยAgarwal ในซิลิคอน กลุ่มของเขาสามารถควบคุมการเคลื่อนที่ของกระแสไฟได้โดยการเปลี่ยน chirality หรือความสมมาตรโดยธรรมชาติของการจัดเรียงของอะตอมซิลิคอนบนพื้นผิวของวัสดุ

“ 
ณ เวลานั้นเรากำลังพยายามทำความเข้าใจคุณสมบัติของลูกถ้วยทอเพียงพอโลยีแต่เราไม่สามารถที่จะพิสูจน์ได้ว่าสิ่งที่พวกเราเห็นมาจากพื้นผิวที่เป็นเอกลักษณ์พวกนั้น” Agarwal ชี้แจง

แล้วเวลาที่ทำการทดสอบใหม่บน Weyl semimetals ซึ่งมีสถานะควอนตัมที่ไม่ซ้ำกันในสิ่งของจำนวนมาก Agarwal และ Ji เห็นผลลัพธ์ที่ไม่ตรงกับแนวความคิดใดๆที่สามารถอธิบายว่าสนามไฟฟ้าเคลื่อนอย่างไรเมื่อเปิดใช้งานด้วยแสงสว่าง แทนที่จะเป็นไฟฟ้าที่ไหลในแนวทางเดียวกระแสก็เคลื่อนที่ไปบริเวณsemimetal ในต้นแบบวงกลมหมุนวน

Agarwal 
และ Ji หันไปหา Kane และ Mele เพื่อช่วยพัฒนากรอบแนวความคิดใหม่ที่สามารถชี้แจงสิ่งที่พวกเขาเห็น หลังจากกระทำการทดสอบใหม่ให้รอบคอบเพื่อกำจัดคำอธิบายอื่นๆที่เป็นไปได้ทั้งสิ้นนักฟิสิกส์สามารถ จำกัด คำอธิบายที่เป็นได้ให้แคบลงสำหรับแนวความคิดเดียวที่เกี่ยวข้องกับส่วนประกอบของลำแสง

“ 
เมื่อคุณฉายแสงไปที่สสารมันเป็นเรื่องปกติที่จะนึกถึงลำแสงที่มีรูปร่างราวกับด้านข้าง” Mele กล่าว สิ่งที่ทำให้การทดลองเหล่านี้ดำเนินงานได้ก็คือลำแสงมีขอบเขตและสิ่งที่ทำให้การไหลเวียนในตอนนี้เกี่ยวข้องกับพฤติกรรมของมันที่ขอบของลำแสง

ด้วยการใช้กรอบแนวคิดใหม่นี้รวมทั้งรวมข้อมูลเชิงลึกของ Rappe กับระดับพลังงานอิเล็กตรอนภายในอุปกรณ์ Ji สามารถรับรองการเคลื่อนที่แบบวงกลมที่เป็นเอกลักษณ์ของกระแสไฟ นักวิทยาศาสตร์ยังพบว่าแนวทางของกระแสสามารถควบคุมได้โดยการปรับแก้โครงสร้างของลำแสงอย่างเช่นการเปลี่ยนทิศทางของโพลาไรซ์หรือความถี่ของโฟตอน

ก่อนหน้าที่ผ่านมาเมื่อผู้คนกระทำวัดด้วย optoelectronic พวกเขามักจะมีความคิดว่าแสงนั้นเป็นคลื่นราบ แม้กระนั้นพวกเราทำลายข้อ จำกัด ดังกล่าวรวมทั้งทำให้เห็นว่าไม่เพียงแต่ แต่แสงโพลาไรเซชันเพียงแค่นั้น .

งานนี้ช่วยทำให้นักวิจัยไม่เพียงแต่ แม้กระนั้นพินิจการปรากฏควอนตัมเจริญขึ้นเพียงแค่นั้น แต่ว่ายังมีวิธีในการสร้างและควบคุมคุณลักษณะควอนตัมที่ไม่มีใครเหมือนด้วยการเปลี่ยนแบบอย่างลำแสง ความคิดที่ว่าการปรับโพลาไรเซชันและก็ความเข้มสนามแม่เหล็กสามารถแปลงกระบวนการเคลื่อนย้ายประจุไฟฟ้าบางทีอาจเป็นแนวคิดการออกแบบที่ทรงพลัง” Mele กล่าว