Les hybrides de lumière laser contrôlent des courants géants à des temps ultrarapides

Le contrôle par laser ultrarapide des degrés de liberté quantiques fondamentaux de la matière représente le défi fondamental exceptionnel à relever pour établir les futures technologies de l’information au-delà de l’électronique semi-conductrice qui définit notre époque actuelle. Deux des degrés de liberté quantiques les plus prometteurs à cet égard sont le spin de l’électron et “l’indice de vallée”, ce dernier étant un degré de liberté émergent des matériaux bidimensionnels liés à la quantité de mouvement des quasiparticules. La spintronique et la valleytronique offrent de nombreux avantages potentiels par rapport à l’électronique classique en termes de vitesse de manipulation des données et d’efficacité énergétique. Cependant, alors que les excitations de spin souffrent d’une perte dynamique de caractère résultant de la précession de spin induite par le spin-orbite, la fonction d’onde de vallée représente un “bit de données” dont la stabilité n’est menacée que par la diffusion intermittente, une caractéristique contrôlable par la qualité de l’échantillon. Valleytronics présente ainsi une plate-forme potentiellement robuste pour aller au-delà de l’électronique classique.

Au cœur de toute future technologie de valleytronique ou de spintronique, en plus des excitations quantiques codant des bits de données, résidera le contrôle et la création de courants de vallée et de spin. Cependant, alors qu’une attention soutenue a été accordée à la tâche d’adapter les formes de lumière sur des échelles de temps ultrarapides pour exciter sélectivement les quasi-particules de vallée, la création et le contrôle précis des courants de vallée et des courants de spin – vitaux pour toute future technologie valleytronics – sont restés au-delà. le domaine du contrôle ultra-rapide de la lumière. Dans une étude récemment publiée dans Les avancées scientifiques, une équipe de chercheurs du Max Born Institute de Berlin a montré comment une impulsion laser hybride combinant deux types de polarisation permet un contrôle complet des courants induits par la lumière laser ultrarapide.

Le contrôle de l’état de charge par la lumière polarisée circulairement est maintenant bien établi, le fameux “verrouillage de la vallée de spin” des dichalcogénures de métaux de transition qui a son origine dans la réponse sélective de la vallée à la lumière polarisée circulairement. Cela peut être considéré comme résultant d’une règle de sélection impliquant les nombres quantiques magnétiques des d-orbitales qui comprennent les états de bord d’écart. Alors que la lumière polarisée circulairement excite la charge de vallée, elle ne crée cependant pas de courant de vallée. Cette situation se présente comme pour chaque quasi-impulsion dans la vallée

Le contrôle de l’état de charge par la lumière polarisée circulairement est maintenant bien établi, le fameux “verrouillage de la vallée de spin” des dichalcogénures de métaux de transition qui a son origine dans la réponse sélective de la vallée à la lumière polarisée circulairement. Cela peut être considéré comme résultant d’une règle de sélection impliquant les nombres quantiques magnétiques des d-orbitales qui comprennent les états de bord d’écart. Alors que la lumière polarisée circulairement excite la charge de vallée, elle ne crée cependant pas de courant de vallée. Cette situation se présente comme pour chaque quasi-impulsion dans la vallée ^kvallée qui est excité un correspondant –^kla vallée est également excitée : les vitesses de Bloch s’annulent donc et il n’y a pas de courant net de vallée.

Un contrôle total des courants de vallée induits par la lumière, de leur amplitude et de leur direction, nécessite donc d’aller au-delà du paradigme de verrouillage de vallée de spin de la lumière polarisée circulairement. La création d’un état excité de vallée qui se traduit par une vallée nette et un courant de spin doit donc impliquer la rupture du courant local. ^kvallée , ^-kdégénérescence de la vallée. Comme le potentiel vecteur laser se couple directement au quasi-moment du cristal, k -> k — A