超高速材料科学：単層六方晶窒化ホウ素における光波制御ハルデン模型

近年、結晶対称性が整合する原子レベルの薄さの構造を積層してツイストさせることで、新たな特性が現れる新しい超格子構造を生み出す独特な方法がもたらされている。これと並行して、強い光場の時間特性の制御により、そうした原子レベルの薄さの構造におけるコヒーレントな電子輸送を、サブレーザーサイクルの時間スケールで操作することが可能になっている。今回我々は、ツイスト層の積層に類似した調整された光波駆動系を実証する。光波形の空間対称性を単層の六方晶窒化ホウ素格子の空間対称性に合わせ、次にこの波形をツイストさせると、時間反転対称性の破れが光制御され、レーザードレスト二次元絶縁体結晶にトポロジカルなハルデンモデルが実現された。さらに、ハルデン型の有効ハミルトニアンのパラメーターは、光波形の回転により制御できることから、バンド構造の構成の超高速スイッチングと、バンドギャップの大きさ、場所、曲率の前例のない制御が可能になる。その結果、相補的な量子バレー間で非対称な集団が生まれて、測定可能なバレーホール電流が生じ、これは光高調波ポラリメトリーで検出できる。今回のスキームの普遍性とロバスト性によって、その場でバレー選択的にバンドギャップを操作する道と、量子自由度を用いた数フェムト秒スイッチを生み出す可能性が開かれる。

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