La scoperta sblocca il potenziale del "materiale miracoloso" per l'elettronica del futuro
Un team di ricerca osserva gli effetti Floquet nel grafene, aprendo la strada a una tecnologia innovativa
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Il grafene è un materiale straordinario: un foglio di atomi di carbonio interconnessi dello spessore di un solo atomo, stabile ed estremamente conduttivo. Ciò lo rende utile in una serie di settori, come i display elettronici flessibili, i sensori ad alta precisione, le potenti batterie e le efficienti celle solari. Un nuovo studio - condotto dall'Università di Gottinga, in collaborazione con i colleghi di Braunschweig e Brema in Germania e di Friburgo in Svizzera - porta ora il potenziale del grafene a un livello completamente nuovo. Per la prima volta i ricercatori hanno osservato direttamente gli "effetti Floquet" nel grafene. Questo risolve un dibattito di lunga data: L'ingegneria di Floquet - un metodo in cui le proprietà di un materiale vengono modificate in modo molto preciso utilizzando impulsi di luce - funziona anche nei materiali quantistici metallici e semi-metallici come il grafene. Lo studio è stato pubblicato su Nature Physics.
Il fenomeno fisico noto come "stati di Floquet", che ora è stato osservato per la prima volta nel grafene, come previsto dall'artista Lina Segerer. L'immagine "Dirac Cones I" esplora il concetto di stati di Floquet nel grafene generati da impulsi di luce. Il dipinto mostra la struttura elettronica tridimensionale del grafene - nota come coni di Dirac - e le sue repliche create dalla luce.
Lina Segerer (www.linasegerer.de)
I ricercatori hanno utilizzato la microscopia momentanea a femtosecondi per studiare sperimentalmente gli stati di Floquet nel grafene. Con questa tecnica, i campioni vengono prima eccitati con rapidi lampi di luce e poi esaminati con un impulso di luce ritardato, per seguire i processi dinamici nel materiale. "Le nostre misurazioni dimostrano chiaramente che gli 'effetti Floquet' si verificano nello spettro di fotoemissione del grafene", spiega il dottor Marco Merboldt, fisico dell'Università di Göttingen e primo autore dello studio. "Questo dimostra che l'ingegneria Floquet funziona davvero in questi sistemi e il potenziale di questa scoperta è enorme". Lo studio dimostra che l'ingegneria Floquet funziona in molti materiali. Ciò significa che l'obiettivo di progettare materiali quantistici con proprietà specifiche - e di farlo con impulsi laser in tempi estremamente brevi - si sta avvicinando.
La personalizzazione dei materiali in questo modo per applicazioni specifiche potrebbe costituire la base per l'elettronica, i computer e la tecnologia dei sensori del futuro. Il professor Marcel Reutzel, che ha guidato la ricerca a Gottinga insieme al professor Stefan Mathias, afferma: "I nostri risultati aprono nuove strade per controllare gli stati elettronici nei materiali quantistici con la luce. Questo potrebbe portare a tecnologie in cui gli elettroni vengono manipolati in modo mirato e controllato". Reutzel aggiunge: "L'aspetto particolarmente eccitante è che questo ci permette anche di studiare le proprietà topologiche. Si tratta di proprietà speciali e molto stabili che hanno un grande potenziale per lo sviluppo di computer quantistici affidabili o di nuovi sensori per il futuro".
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Pubblicazione originale
Marco Merboldt, Michael Schüler, David Schmitt, Jan Philipp Bange, Wiebke Bennecke, Karun Gadge, Klaus Pierz, Hans Werner Schumacher, Davood Momeni, Daniel Steil, Salvatore R. Manmana, Michael A. Sentef, Marcel Reutzel, Stefan Mathias; "Observation of Floquet states in graphene"; Nature Physics, Volume 21, 2025-5-6
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