Kvanttimateriaalitutkimuksen uudet työkalut

Kvanttimateriaalien tutkimus tasoittaa tietä uraauurtaville löydöille ja on valmis edistämään teknologista kehitystä useilla teollisuuden aloilla.

Aika- ja kulmaresoluutioiseksi fotoemissiospektroskopiaksi kutsuttu tekniikka (TR-ARPES) on noussut tehokkaaksi työkaluksi, jonka avulla tutkijat voivat tutkia kvanttimateriaalien tasapainoa ja dynaamisia ominaisuuksia valon ja aineen vuorovaikutuksen kautta.

"TR-ARPES on tehokas tekniikka, ei vain perustutkimuksiin, vaan myös kvanttimateriaalien epätasapainoisten ominaisuuksien karakterisointiin tulevia sovelluksia ajatellen", sanoo INRS:n professori Babio Boschini. Hän on erikoistunut kondensoituneen aineen ultranopeisiin spektroskopioihin Énergie Matériaux Télécommunications Research Centre:ssä

"Tiedeyhteisö tutkii parhaillaan uusia "säätönuppeja" kvanttimateriaalien elektronisten, kuljetusten ja magneettisten ominaisuuksien ohjaamiseksi tarpeen mukaan. Yksi näistä "säätönupeista" on valon ja aineen vuorovaikutus, joka lupaa tarjota tarkan hallinnan kvanttimateriaalien ominaisuudet erittäin nopeilla aikaskaaloilla", sanoo professori Boschini.

"TR-ARPES on ihanteellinen tekniikka tähän tarkoitukseen, koska se tarjoaa suoran käsityksen siitä, kuinka valoviritys muuttaa elektronisia tiloja ajan, energian ja liikemäärän resoluutiolla."

"TR-ARPES on käynnistänyt kvanttimateriaalien tutkimuksen uuden aikakauden, jolloin voimme "koputtaa järjestelmää" ja tarkkailla, kuinka se reagoi, ja puskee materiaalit pois tasapainosta paljastaaksemme niiden piilotetut ominaisuudet", lisää UBC's Steward Blusson Quantum Matter Institute (QMI) tieteellinen johtaja Andrea Damascelli.

Oak Ridge National Laboratoryn tutkijoista koostuva tiimi käytti puolestaan uutta käännettä vanhaan menetelmään havaitakseen materiaaleja ennätysmäisen pienillä massamäärillä.

Tulokset voivat johtaa turvateknologian parannuksiin ja tukevat kvanttianturien kehitystä.

Tutkimuksessa hyödynnettiin Seebeck-ilmiötä, lämpösähköistä ilmiötä, joka löydettiin kaksi vuosisataa sitten. Mittaus tapahtui mikrovalmisteisessa nanomittakaavan termopariliitoksessa, joka on sisällytetty mikroulokkeen kärkeen.

Lämpösähköistä liitosta ohjaava lämpötilan vaihtelu johtuu molekyyliadsorbaattien kärjessä olevien värähtelytilojen ei-säteilyllisestä vaimenemisesta.

"Käytännössä tämä on ensimmäinen kerta, kun joku on raportoinut spektroskooppisen signaalin havaitsemisesta näin pienelle määrille materiaalia tavallisissa olosuhteissa", sanoi Ali Passian, tutkimuksen toinen kirjoittaja. Tämä löytö voisi tasoittaa tietä halpojen, luotettavien ja tarkkojen antureiden laajamittaiselle käyttöönotolle monenlaisiin käyttötarkoituksiin.

Aiheesta aiemmin:

Lämpötilakuvausta aineen sisältä

Mittaus- ja kuvaustarkkuuden ennätyksiä