Исследователи могут «рисовать» квантовую электронику с помощью световых лучей. Ученые нашли новый способ использования света для создания и удаления квантово-механических схем в уникальном классе материалов, называемых топологическими изоляторами.
Электроны в топологических изоляторах обладают уникальными квантовыми свойствами, которые, по мнению многих учёных, могут быть полезны для разработки спиновой электроники и квантовых компьютеров. Однако создание даже самых простых экспериментальных схем с использованием этих материалов оказалось непростой задачей, поскольку традиционные методы производства полупроводников, как правило, разрушают их хрупкие квантовые свойства. На самом деле даже кратковременное воздействие воздуха может ухудшить их качество.
В этом последнем исследовании учёные изучили оптический эффект, который позволяет им «настраивать» энергию электронов в этих материалах с помощью света, не прикасаясь к самому материалу. В данном случае они использовали свет для создания и удаления p-n-переходов, которые являются одним из основных компонентов транзистора.
«Честно говоря, мы пытались изучить нечто совершенно иное», — сказал Эндрю Йейтс, ведущий автор нового исследования, в пресс-релизе. «В наших измерениях наблюдался медленный дрейф, который мы связали с определённым типом люминесцентных ламп в нашей лаборатории. Сначала мы обрадовались, что избавились от них, а потом до нас дошло: освещение в нашем помещении делало то, для чего люди прилагают столько усилий в работе с этими материалами».
Исследователи обнаружили, что поверхность титаната стронция — материала подложки, на которой они выращивали образцы, — становится электрически поляризованной под воздействием ультрафиолетового излучения, а лампы в их помещении излучали именно на нужной длине волны. Электрическое поле от поляризованного титаната стронция проникало на уровень топологического изолятора и изменяло его электронные свойства.
Затем исследователи провели ряд контрольных измерений, чтобы показать, что оптический эффект характерен не только для топологических изоляторов и может проявляться в других материалах, выращенных на титанате стронция.
Полученные результаты могут иметь огромное значение для лучшего понимания широкого спектра наноразмерных материалов, а также могут позволить настраивать электрические свойства материалов в широком диапазоне оптических, магнитных или спектроскопических экспериментов.
Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.