Управляемые монополи орбитального углового момента в хиральных топологических полуметаллах

Благодаря сочетанию надежной теории и экспериментов на Swiss Light Source SLS в Институте Пауля Шеррера PSI, было продемонстрировано существование монополей орбитального углового момента электронов (ОАМ), вращающихся вокруг атомного ядра. Что стало предметом большого теоретического интереса, поскольку они предлагают значительные практические преимущества для развивающейся области орбитроники, потенциальной энергоэффективной альтернативы традиционной электронике. Открытие опубликовано в журнале Nature Physics. Международная исследовательская группа под руководством ученых из Института Пауля Шеррера PSI и Институтов Макса Планка в Галле и Дрездене (Германия) продемонстрировала, что хиральные топологические полуметаллы — новый класс материалов, открытый в PSI в 2019 году, — обладают свойствами, которые делают их весьма практичным выбором для генерации токов ОАМ. Для эксперимента была использована техника, известная как круговой дихроизм в угловой фотоэмиссионной спектроскопии, или CD-ARPES, использующей циркулярно поляризованные рентгеновские лучи от источника синхротронного света. Предположение заключается в том, что если вы используете циркулярно поляризованный свет, вы измеряете то, что прямо пропорционально OAM.

Хиральное квантовое нагревание и охлаждение с помощью оптически управляемого иона

Тепловые двигатели, преобразующие тепло в полезную работу, жизненно важны в современном обществе. С развитием нанотехнологий изучение квантовых тепловых двигателей (QHE) имеет решающее значение для проектирования эффективных систем и понимания квантовой термодинамики. QHE, работающие как открытые квантовые системы, обмениваются энергией с внешними термальными ваннами, что приводит к квантовым скачкам. Поэтому динамика QHE может быть полностью описана и хорошо понята только с использованием исключительных точек Лиувилля (LEP), а не традиционных гамильтоновых EP, особенно для QHE на основе кубитов. В статье, опубликованной в журнале Light: Science & Applications, группа учёных демонстрирует хиральный квантовый нагрев и охлаждение, а также перенос квантового состояния с использованием оптически управляемого иона. Работа раскрывает хиральные термодинамические свойства квантовых систем с неэрмитовой динамикой путем динамического обхода замкнутого контура без вовлечения LEP. Направление обхода замкнутого контура влияет на то, действует ли система как тепловой двигатель или холодильник. Их исследование подчеркивает роль неадиабатических переходов и процесса Ландау-Зенера-Штюкельберга (LZS) в достижении хиральной операции. Этот эксперимент впервые связывает процесс LZS для хиральности с термодинамическими эффектами, связанными с LEP.

Генерация мощных оптических вихрей с помощью лазерного генератора на тонком диске

Экспериментальную установку можно разделить на две части: вихревой генератор с тонким диском, который используется для генерации вихревого света с высокой выходной мощностью, и интерферометр Маха-Цендера, который используется для обнаружения спиральных фазовых характеристик. Изменяя положение устойчивой области резонатора, можно регулировать размер лазерного пятна основной моды на диске. В этом случае усиление каждого режима порядка можно контролировать. В эксперименте режим Лагерра Гаусса (LG) первого порядка контролировался так, чтобы иметь самый низкий порог колебаний, который доминировал над колебаниями в резонаторе и достигал высокой выходной мощности. Чтобы добиться контроля хиральных свойств, в полость была добавлена пластина из плавленого кварца с покрытием, чтобы разрушить симметрию пропускания положительного и отрицательного хирального вихревого света, что позволило контролировать хиральные свойства путем настройки угла пластины.

Семейство нанотрубок стало больше или не углеродом единым

Исследователи из Токийского столичного университета разработали ряд новых одностенных нанотрубок из дихалькогенида переходного металла (TMD) различного состава, киральности и диаметра, используя шаблоны нанотрубок из нитрида бора. Они также реализовали ультратонкие нанотрубки, выращенные внутри шаблона, и успешно адаптировали композиции для создания семейства новых нанотрубок. Возможность синтезировать разнообразные структуры дает уникальное понимание механизма их роста и новых оптических свойств. Работа опубликована в журнале Advanced Materials.

Наноскопическое наблюдение хирооптической силы

Исследовательская группа Института молекулярных наук успешно наблюдала лево- и правонаправленность структур материала на наноуровне, освещая хиральные золотые наноструктуры циркулярно поляризованным светом и обнаруживая оптическую силу, действующую на зонд вблизи наноструктур. Этот результат продемонстрировал, что можно анализировать киральную структуру материи на наноуровне с помощью света. Статья опубликована в журнале Nano Letters.

Доказано существование киральных фононов

Открытия, опубликованные в журнале Nature, разрешают спор: фононы могут быть хиральными. Эта фундаментальная концепция, открытая с помощью кругового рентгеновского излучения, показывает, как фононы закручиваются, как штопор, сквозь кварц.

Хиральные фононы создают спиновый ток без использования магнитных материалов

«Применяя температурный градиент к материалу, содержащему хиральные фононы, вы можете управлять их угловым моментом, а также создавать и контролировать спиновой ток», — говорит Джун Лю, доцент кафедры машиностроения и аэрокосмической техники в штате Северная Каролина и член ORaCEL. И Лю, и Сун являются соавторами исследования, опубликованного в Nature Materials.

Вероятность того, что электрон подвергнется туннелированию, фаза и время туннелирования зависят от хиральности молекулы

Две команды учёных обнаружили, что вероятность того, что электрон подвергнется туннелированию, фаза, в которой электрон туннелирует наружу, и время туннелирования зависят от хиральности молекулы. Эти захватывающие результаты закладывают основу для дополнительных исследований, которые будут использовать уникальные свойства симметрии хиральных молекул для изучения самых быстрых процессов, происходящих при взаимодействии света с веществом. Статья опубликована в журнале Physical Review X.

Хиральные оксидные катализаторы выравнивают электронный спин

Группа немецких и американских исследователей впервые исследовала хиральные оксидные катализаторы, состоящие в данном случае из тонких слоев хирального оксида меди на тонкой пленке золота. Измеренные данные показывают, что спиновая поляризация электронов зависит от того, из какого из этих слоев приходят электроны. Команда считает, что за это ответственны два эффекта: эффект спиновой селективности, вызванный хиральностью (CISS), и магнитное расположение в хиральных слоях. Результаты должны помочь в будущем производстве спин-селективных каталитических оксидных материалов, что повысит эффективность химических реакций.

Магнетизм на микроскопическом уровне

Исследователи разработали магнитный материал, толщина которого определяет, имеют ли хиральные доменные стенки одинаковую или чередующуюся хиральность. В последнем случае приложение магнитного поля приводит к аннигиляции сталкивающихся доменных стенок. Исследователи объединили рассеяние нейтронов и электронную микроскопию, чтобы охарактеризовать эти внутренние микроскопические особенности, что привело к лучшему пониманию магнитного поведения.