Цель активно развивающейся области «инженерии Флоке» в том, чтобы менять свойства материалов, воздействуя на них светом. Поскольку периодические импульсы позволяют перестроить поведение электронов, материал может временно стать, к примеру, сверхпроводником. Когда на атом падает свет определенной частоты, электромагнитные фотоны взаимодействуют с электронами, смещая их энергетические полосы. Регулируя частоту и интенсивность света, можно также заставить электроны занимать гибридные полосы, тем самым изменяя свойства материала. Когда источник света выключается, электроны возвращаются в свои исходные энергетические полосы, восстанавливая свойства материала. Это и есть эффект Флоке, но до сих пор для его достижения требовались чрезвычайно интенсивные световые импульсы, которые часто повреждали материал, а эффект был кратковременным.

Прорыв совершила международная команда под руководством Окинавского научно-технического института (Япония) и Стэнфордского университета (США). Исследователи обнаружили, что экситоны — квазичастицы, возникающие в полупроводниках при возбуждении электронов, — могут вызывать эффект Флоке гораздо эффективнее света, сообщает Scitech Daily.

Экситон возникает, когда электрон, поглотив энергию, переходит на более высокий энергетический уровень, оставляя после себя положительно заряженную дырку; они образуют связанную пару. Эти квазичастицы несут в себе колебательную энергию, которая сильно взаимодействует с окружающими их электронами.

«Поскольку экситоны образуются из электронов самого материала, они взаимодействуют с материалом гораздо сильнее, чем свет, — пояснил Джанлука Стефануччи, профессор Римского университета Тор Вергата. — И что особенно важно, для создания достаточно плотной популяции экситонов, способной эффективно стимулировать периодическую гибридизацию, требуется значительно меньше света».

Для наблюдения этого эффекта команда использовала передовую систему TR-ARPES, с помощью которой изучила ультратонкий полупроводник. Они сравнили изменения в электронной структуре при сильном световом воздействии и при гораздо более слабом, но с задержкой в 200 фемтосекунд, что позволило выделить вклад именно экситонов.

«Эксперименты говорили сами за себя, — сказал Вивек Парик. — Нам потребовались десятки часов сбора данных, чтобы наблюдать реплики Флоке с помощью света, но всего около двух часов для экситонной версии — и с гораздо более сильным эффектом».

Это открытие подтверждает, что эффекты Флоке не ограничиваются светом и могут вызываться другими бозонными частицами, такими как фононы или плазмоны.

«Мы открыли ворота для прикладной физики Флоке, для широкого разнообразия бозонов, — заключает Дэвид Бэкон, соавтор исследования. — Это крайне интересно, учитывая ее огромный потенциал для создания и прямого управления квантовыми материалами. У нас пока нет готового рецепта, но теперь у нас есть спектральная подпись, необходимая для первых практических шагов».

Темные экситоны обладают огромным потенциалом в качестве носителей информации, поскольку они по своей природе меньше взаимодействуют со светом и, следовательно, могут быть более надежными носителями информации. По той же причине их очень сложно изучать. Команде ученых из Японии впервые удалось в прошлом году непосредственно наблюдать эволюцию невидимых темных экситонов в атомарно тонких материалах.