Sebuah tim ilmuwan telah mengembangkan metode baru untuk memanipulasi material kuantum menggunakan eksiton, melewati kebutuhan laser intens. Pendekatan ini, yang dipimpin oleh Okinawa Institute of Science and Technology dan Stanford University, mencapai efek Floquet yang kuat dengan energi jauh lebih sedikit, mengurangi risiko kerusakan material. Temuan, yang diterbitkan di Nature Physics, membuka jalan bagi perangkat kuantum canggih.
Para ilmuwan telah lama mengeksplorasi rekayasa Floquet, teknik yang menggunakan pengaruh periodik seperti cahaya untuk mengubah sementara sifat elektronik material. Diusulkan pada 2009 oleh Oka dan Aoki, bidang ini menghadapi tantangan karena kebutuhan cahaya yang sangat intens, yang sering merusak sampel dan hanya menghasilkan efek jangka pendek. Sekarang, peneliti dari Okinawa Institute of Science and Technology (OIST), Stanford University, dan kolaborator telah menunjukkan alternatif yang lebih efisien: rekayasa Floquet eksitonik. Eksiton, yang merupakan pasangan elektron dan lubang berumur pendek yang terbentuk di semikonduktor, berinteraksi kuat dengan material karena gaya Coulomb, terutama di struktur dua dimensi. «Eksiton berikatan jauh lebih kuat dengan material daripada foton karena interaksi Coulomb yang kuat, khususnya di material 2D,» jelas Profesor Keshav Dani dari Unit Spektroskopi Femtodetik OIST. Hal ini memungkinkan modifikasi kuantum yang kuat tanpa energi tinggi yang merusak dari metode berbasis cahaya tradisional. Tim menggunakan spektroskopi fotoemisi terpecah waktu dan sudut (TR-ARPES) pada semikonduktor tipis atomik. Mereka pertama kali menerapkan penggerak optik kuat untuk mengamati perilaku Floquet standar, kemudian mengurangi intensitas cahaya lebih dari satu orde magnitudo dan mengukur respons 200 femtodetik kemudian untuk mengisolasi efek eksiton. «Kami membutuhkan puluhan jam akuisisi data untuk mengamati replika Floquet dengan cahaya, tapi hanya sekitar dua jam untuk mencapai Floquet eksiton - dan dengan efek yang jauh lebih kuat,» kata Dr. Vivek Pareek, sekarang di California Institute of Technology. Xing Zhu, mahasiswa PhD di OIST, mencatat bahwa cahaya berikatan lemah dengan materi, memerlukan frekuensi skala femtodetik yang berisiko menguapkan material. Sebaliknya, eksiton, yang dihasilkan dari elektron material itu sendiri, menyediakan energi osilasi diri yang dapat disesuaikan pada intensitas lebih rendah. Penulis bersama Profesor Gianluca Stefanucci dari University of Rome Tor Vergata menambahkan bahwa menciptakan populasi eksiton yang padat membutuhkan cahaya jauh lebih sedikit, memungkinkan penggerak periodik efektif untuk hibridisasi. Terobosan ini memperluas efek Floquet melampaui foton ke partikel bosonik lain seperti fonon atau plasmon, membuka jalan untuk desain material kuantum praktis. «Kami telah membuka gerbang untuk fisika Floquet terapan ke berbagai boson,» simpulkan Dr. David Bacon, sekarang di University College London. Studi ini muncul di Nature Physics (2026, DOI: 10.1038/s41567-025-03132-z).
