คุณลักษณะทางไฟฟ้าที่เป็นเอกลักษณ์ในอุปกรณ์ควอนตัมสามารถควบคุมได้โดยใช้แสงสว่าง

การเล่าเรียนใหม่จากนักวิจัยของเพนน์พบว่า Weyl semimetals ซึ่งเป็นอุปกรณ์ประเภทควอนตัมมีสถานะควอนตัมมากมายซึ่งคุณสมบัติทางไฟฟ้าสามารถควบคุมได้โดยใช้แสงสว่าง โครงงานนำโดย Ritesh Agarwal และก็นิสิตระดับบัณฑิตศึกษา Zhurun ​​Ji ในคณะวิศวกรรมศาสตร์รวมทั้งวิทยาศาสตร์ประยุกต์โดยความร่วมแรงร่วมมือกับ Charles Kane, Eugene Mele แล้วก็ Andrew M. Rappe ในภาควิชาวิชาศิลปะแล้วก็วิทยาศาสตร์และ Zheng Liu จาก Nanyang Technological University . Zachariah Addison, Gerui Liu, Wenjing Liu และก็ Heng Gao และก็ Peng Yu ของ Nanyang ก็มีส่วนในการดำเนินงานเช่นกัน ผลจากการวิจัยของพวกเขาถูกตีพิมพ์ในวัสดุธรรมชาติ

คำเสนอแนะของคุณสมบัติphotogalvanic ที่ไม่เป็นทางการเหล่านี้หรือความรู้ความเข้าใจในการสร้างไฟฟ้าโดยใช้แสงได้รับรายงานทีแรกโดยAgarwal ในซิลิคอน กลุ่มของเขาสามารถควบคุมการเคลื่อนที่ของกระแสไฟได้โดยการเปลี่ยน chirality หรือความสมมาตรโดยธรรมชาติของการจัดเรียงของอะตอมซิลิคอนบนผิวของอุปกรณ์

“ 
ในตอนนั้นเรากำลังเพียรพยายามทำความเข้าใจคุณสมบัติของลูกถ้วยทอเพียงพอโลยีแม้กระนั้นพวกเราไม่อาจจะพิสูจน์ได้ว่าสิ่งที่พวกเรามองเห็นมาจากผิวที่เป็นเอกลักษณ์เหล่านั้น” Agarwal ชี้แจง

แล้วต่อจากนั้นเวลาที่ทำการทดสอบใหม่บน Weyl semimetals ซึ่งมีสถานะควอนตัมที่ไม่ซ้ำกันในสิ่งของเป็นจำนวนมาก Agarwal และก็ Ji ได้ผลลัพธ์ที่ไม่ตรงกับแนวความคิดใดๆที่สามารถอธิบายว่าสนามไฟฟ้าเคลื่อนที่อย่างไรเมื่อเปิดใช้งานด้วยแสงสว่าง แทนที่จะเป็นไฟฟ้าที่ไหลในแนวทางเดียวกระแสก็เคลื่อนที่ไปรอบๆsemimetal ในรูปแบบวงกลมหมุนวน

Agarwal 
และ Ji หันไปหา Kane และ Mele เพื่อช่วยพัฒนากรอบแนวคิดใหม่ซึ่งสามารถอธิบายสิ่งที่พวกเขามองเห็น ภายหลังจากกระทำทดสอบใหม่อย่างประณีตเพื่อกำจัดคำอธิบายอื่นๆที่เป็นไปได้ทั้งปวงนักฟิสิกส์สามารถ จำกัด คำชี้แจงที่เป็นได้ให้แคบลงสำหรับทฤษฎีเดียวที่เกี่ยวเนื่องกับองค์ประกอบของลำแสง

“ 
เมื่อคุณฉายแสงไปที่สสารมันเป็นเรื่องปกติที่จะคิดถึงลำแสงที่มีรูปร่างราวกับข้างๆ” Mele กล่าว สิ่งที่ทำให้การทดสอบพวกนี้ปฏิบัติงานได้ก็คือลำแสงมีขอบเขตและก็สิ่งที่ทำให้การไหลเวียนในขณะนี้เกี่ยวพันกับการกระทำของมันที่ขอบของลำแสง

ด้วยการใช้กรอบแนวความคิดใหม่นี้แล้วก็รวมข้อมูลเชิงลึกของ Rappe กับระดับพลังงานอิเล็คตรอนด้านในอุปกรณ์ Ji สามารถรับรองการเคลื่อนที่แบบวงกลมที่เป็นเอกลักษณ์ของไฟฟ้า นักวิทยาศาสตร์ยังพบว่าทิศทางของกระแสสามารถควบคุมได้โดยการปรับแก้โครงสร้างของลำแสงดังเช่นการเปลี่ยนแนวทางของโพลาไรซ์หรือความถี่ของโฟตอน

ก่อนหน้านี้ที่ผ่านมาเมื่อผู้คนกระทำการวัดด้วย optoelectronic พวกเขามักจะมีความรู้สึกว่าแสงสว่างนั้นเป็นคลื่นระนาบ แม้กระนั้นเราทำลายข้อ จำกัด ดังที่ได้กล่าวมาแล้วข้างต้นและทำให้เห็นว่าไม่เพียงแค่ แม้กระนั้นแสงโพลาไรเซชันเท่านั้น .

งานนี้ช่วยให้นักค้นคว้าไม่เพียงแต่ แต่พิจารณาการปรากฏควอนตัมเจริญขึ้นแค่นั้น แต่ว่ายังมีวิธีสำหรับเพื่อการสร้างและก็ควบคุมคุณสมบัติควอนตัมที่ไม่ซ้ำใครด้วยการเปลี่ยนต้นแบบลำแสง ความคิดที่ว่าการปรับโพลาไรเซชันรวมทั้งความเข้มของสนามแม่เหล็กสามารถเปลี่ยนกรรมวิธีการโยกย้ายประจุไฟฟ้าบางทีอาจเป็นแถวคิดการออกแบบที่ทรงอำนาจ” Mele กล่าว