Nature:通过隧穿谱测试控制和形成稳定量子态
纳米技术 纳米 2022-03-24

在过去的十年间人们通过理论预测认为,单色光能够激发生成一种称之为Floquet的非平衡量子态,但是这种量子态能够实现对材料的激发光谱、拓扑性质快速进行调控,因此人们展开了非常广泛的研究,尝试在物理器件中产生Floquet量子态。

但是目前通常人们只能产生瞬态的Floquet量子态。比如,激光脉冲能够产生较强的电场产生Floquet量子态,但是产生的量子态寿命仅仅几个ps(1 ps=10-12 s)。在光子或者超冷物理体系中,由于热效应导致量子态变为无特征的平凡态,无法形成长寿命Floquet量子态瞬态Floquet量子态导致人们难以对Floquet量子态的物理学性质以及操作和利用这种量子态。

有鉴于此,浦项科技大学Gil-Ho Lee、Gil Young Cho等报道通过向石墨烯材料构建的Josephson超导器件进行微波光照射,生成Floquet–Andreev量子态,通过光谱表征发现,产生的Floquet–Andreev量子态是非瞬态的稳定长寿命量子态,因此为实际操作量子态提供可能性和机会。

本文要点:

(1)

Floquet量子态的物理学性质通过物质-光之间的相互作用强度进行控制,通过使用太赫兹(1 THz=1012 Hz)频率光学激光提供的高强度电场能够实现更高强度的相互作用。

作者通过吉赫兹(1 GHz=109 Hz)的微波光,这个区间的微波光产生的相互作用强度比光学激光脉冲光的强度显著更低。这种电场导致较弱的热效应,这种热能够及时的被消除。同时由于使用强度低于激光的光,因此探测Floquet量子态需要实验需要更高的能量分辨率,作者通过超导隧穿光谱(superconducting tunnelling spectroscopy)技术解决分辨率问题。

(2)

测试和结论。作者在石墨烯构建的Josephson超导器件中观测发现Andreev束缚态的标准双能级谱(standard two-level energy spectrum)。通过微波照射器件,观测到Andreev束缚态的光谱能量复制,而且这种能量复制光谱能够准确的重复Floquet–Andreev态,这种量子态的表现了较高的寿命,在微波照射的条件能维持Floquet态

为了验证Floquet态的长寿命特征,作者通过超导隧穿光谱表征验证导电规律与sum rule相符,因此验证在器件中实现长寿命Floquet-Andreev态

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参考文献

Editorial, Long-lived non-equilibrium quantum states could lead to improved electronic devices, Nature 2022

https://www.nature.com/articles/d41586-022-00662-x

 

Park, S. et al. Steady Floquet–Andreev states probed by tunnelling spectroscopy. Nature 603, 421–426 (2022)

DOI: 10.1038/s41586-021-04364-8

https://www.nature.com/articles/s41586-021-04364-8


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