Vědci z výzkumného centra pro nové technologie na Západočeské univerzitě v Plzni (NTC ZČU) pod vedením Jána Minára výrazně pomohli s výzkumem, který by v budoucnu mohl vést ke vzniku nových typů elektronických součástek. Mohlo by jít třeba o ultrarychlé optické spínače řízené světlem, pokročilé fotonické čipy nebo kvantové senzory.
Praktické nasazení výzkumu je ještě vzdálené, vědci z Česka nicméně experimentálně prokázali přechodný, laserem řízený topologický stav v polovodiči. Objev publikoval prestižní časopis Nature Physics.
Klíčovým zjištěním je, že se polovodič, což je základní materiál dnešní elektroniky a čipů, může změnit v kov pouhým působením světla. Chemické složení a atomová struktura materiálů se nemění.
Vědci pomocí extrémně krátkých laserových záblesků dokázali změnit elektronové vlastnosti polovodiče telluridu cínu (SnTe), aniž by se jakkoli změnilo jeho chemické složení nebo uspořádání atomů. Materiál se díky díky tomu na okamžik dostal do takzvaného Floquetova topologického stavu. V něm zůstává uvnitř izolantem, ale na svém povrchu začne vést elektrický proud podobně jako kov.
Pokud se v budoucnu podaří podobné přechody vyvolávat jednodušeji a bez nežádoucího zahřívání materiálu, mohly by vzniknout zmíněné nové typy elektronických součástek.
NTC ZČU objev popsala takto:
Tellurid cínu je z pohledu fyziků mimořádně zajímavý materiál. Nachází se totiž velmi blízko přechodu mezi dvěma různými stavy. Stačí proto podle nich jen malý impuls, aby se jeho elektronové vlastnosti výrazně změnily. Právě takový impuls vědci dodali pomocí femtosekundových laserových pulzů – světelných záblesků trvajících pouhé biliontiny sekundy.
Fyzikové tomuto postupu říkají Floquetovo inženýrství. Rychlé periodické zásahy, jako jsou právě tato laserová pole, dávají vzniknout zcela novým, umělým kvantovým stavům, které se v přírodě běžně nevyskytují. Místo aby materiál zahřívali nebo na něj působili vysokým tlakem, využijí vědci ultrarychlou manipulaci hmoty pomocí světla k tomu, aby změnili chování elektronů téměř na povel.
Zatímco experimentální část výzkumu probíhala především ve Švýcarsku, Francii a Rakousku, vědci z výzkumného centra NTC ZČU poskytli klíčovou teoretickou podporu. Jejich výpočty a počítačové simulace umožnily správně interpretovat experimentální data a objasnit mechanismus, který za pozorovaným jevem stojí.
„Naším úkolem bylo vytvořit teoretický model a spočítat, co se s elektronovou strukturou telluridu cínu pod vlivem takto intenzivního světelného pole děje,“ řekl Ján Minár. „Skvělou práci v této části výzkumu odvedl náš mladý kolega Aki Pulkkinen, který pomohl objasnit mechanismus tohoto světlem indukovaného jevu. Ukázali jsme, že Floquetovo inženýrství dokáže změnit chování elektronů stejným způsobem, jakého bychom jinak dosáhli pouze změnou teploty nebo tlaku.“
ČLÁNKY DO MAILU