Исследователи установили, что два лазерных импульса, поданных с точно рассчитанной задержкой, способны перемещать атомные слои квантового материала эффективнее, чем один более мощный импульс. Работа учёных из Вюрцбургского и Ростокского университетов, а также ETH Zurich опубликована в журнале Nature Physics. Результаты показывают, что увеличение интенсивности света может, напротив, ограничивать движение атомов, тогда как правильный момент подачи энергии помогает усилить его.
Объектом исследования стал теллурид вольфрама WTe2 — материал, известный как скользящий сегнетоэлектрик. Его соседние атомные слои способны смещаться вбок относительно друг друга, подобно двум прижатым ладоням. Такое движение влияет на различные свойства вещества, включая сегнетоэлектрические характеристики и топологию, пояснил первый автор работы Геррит Хорстманн из Вюрцбургского университета.
Сверхкороткий лазерный импульс передаёт энергию электронам кристалла, после чего возникающие силы приводят в движение атомные ядра. Все эти процессы проходят за фемтосекунды — миллионные доли миллиардной доли секунды. Однако при слишком сильном воздействии электроны переходят на высокие энергетические уровни и начинают противодействовать направленному перемещению атомов, поэтому дальнейшее увеличение мощности уже не даёт пропорционального результата.
Чтобы обойти это ограничение, учёные разделили энергию на два менее мощных импульса и направили их на материал с определённым интервалом. После первого воздействия электроны частично расслабляются, а второй импульс при правильно выбранной задержке усиливает начавшееся скольжение слоёв. Как отметил Хорстманн, синхронизация позволяет эффективнее использовать взаимодействие между электронами и атомным движением; этот принцип можно описать словами «Работать умнее, а не усерднее!», приведёнными SciTechDaily.
Управление смещением атомных слоёв в будущем может помочь переключать полезные свойства материалов, в том числе сегнетоэлектрическую поляризацию, с меньшими затратами энергии. Такой подход особенно интересен для сверхтонких материалов вроде WTe2, состоящих всего из нескольких атомных слоёв и рассматриваемых для компактных электронных устройств. Практическое применение метода остаётся долгосрочной перспективой, однако исследование уже продемонстрировало возможность управлять квантовыми материалами за счёт точного выбора времени подачи света, а не простого наращивания его интенсивности.