Ciertos materiales tienen propiedades deseables que están ocultas y, al igual que al iluminar una linterna en la oscuridad, los científicos pueden utilizar la luz para revelar estas propiedades. Los investigadores han desarrollado una técnica óptica avanzada que utiliza la luz para revelar las propiedades ocultas del material cuántico Ta2NiSe5 (TNS). Utilizando espectroscopía en el dominio del tiempo de terahercios, el equipo observó una amplificación de luz inusual de terahercios, lo que indica la presencia de condensados de excitones. Este descubrimiento abre nuevas posibilidades para el uso de materiales cuánticos para fuentes de luz entrelazadas y otras aplicaciones en la física cuántica.
Investigadores de UC San Diego han utilizado una técnica óptica avanzada para aprender más sobre un material cuántico llamado Ta2NiSe5 (TNS). Los resultados de su investigación fueron publicados en la revista Nature Materials.
Los materiales pueden verse perturbados por diferentes estímulos externos, normalmente cambios de temperatura o presión; sin embargo, dado que la luz es el objeto más rápido del universo, los materiales responden muy rápidamente a los estímulos luminosos, revelando propiedades que de otro modo estarían ocultas.
Tecnologías ópticas avanzadas en materiales cuánticos.
"Esencialmente, aplicamos un láser sobre un material, que es como una fotografía stop-motion, y podemos seguir una determinada propiedad del material paso a paso", dijo Richard Avitt, profesor de física que dirigió el estudio y fue uno de los autores del artículo. "Al observar cómo se mueven las partículas constituyentes a través de este sistema, podemos identificar estas propiedades que de otro modo serían difíciles de detectar".
El experimento fue realizado por el primer autor, Sheikh Rubaiat Ul Haque, quien se graduó en UC San Diego en 2023 y ahora es investigador postdoctoral en la Universidad de Stanford. Junto con Yuan Zhang, otro estudiante de posgrado en el laboratorio de Everett, perfeccionó una técnica llamada espectroscopia en el dominio del tiempo de terahercios. Esta técnica permite a los científicos medir las propiedades de los materiales dentro de un determinado rango de frecuencia, y las mejoras de Haack les permiten acceder a un rango de frecuencia más amplio.
Estados cuánticos y amplificación de la luz.
Este trabajo se basa en una teoría propuesta por otro autor del artículo, el profesor Eugene Demler de ETH Zurich. Demler y su estudiante de posgrado Marios Michael propusieron la idea de que cuando ciertos materiales cuánticos son excitados por la luz, podrían convertirse en un medio que amplifica la luz en frecuencias de terahercios. Esto llevó a Haack y sus colegas a observar más de cerca las propiedades ópticas del TNS.
Cuando un fotón excita un electrón a un nivel superior, queda un agujero. Si se combinan electrones y huecos, se producen excitones. Los excitones también pueden formar condensados, un estado que se produce cuando las partículas se juntan y se comportan como una sola entidad.
Con el apoyo de la teoría de Demler y utilizando cálculos funcionales de densidad realizados por el grupo de Ángel Rubio en el Instituto Max Planck para la Estructura y Dinámica de la Materia, el equipo de investigación pudo observar el fenómeno anómalo de amplificación de la luz de terahercios, revelando así algunas propiedades ocultas del estado condensado del excitón TNS.
Los condensados son estados cuánticos bien definidos y algunas de sus propiedades cuánticas pueden imprimirse en la luz mediante esta técnica espectroscópica. Esto podría tener implicaciones para el campo emergente de fuentes de luz entrelazadas (múltiples fuentes de luz con propiedades interrelacionadas) que explotan materiales cuánticos.
"Creo que este es un campo amplio", dijo Haack. "La teoría de Demler se puede aplicar a una variedad de otros materiales con propiedades ópticas no lineales. Con esta tecnología, podemos descubrir nuevos fenómenos inducidos por la luz que nunca antes se habían explorado".
Fuente compilada: ScitechDaily