I över ett decennium har fysiker teoretiserat om en ovanlig materiefas som bara kan existera när ett material utsätts för intensivt pulserande laserljus. Denna så kallade Floquet-topologiska fas har länge betraktats som ett lovande sätt att skapa helt nya elektroniska egenskaper på kommando – men direkta experimentella bevis har saknats.
Nu rapporterar ett internationellt forskarlag de första direkta observationerna av ett Floquet-topologiskt tillstånd. Genom att använda extremt korta laserpulser och avancerad spektroskopi kunde forskarna visa att ljus tillfälligt kan förändra ett materials elektroniska struktur och skapa en ny topologisk fas som tidigare bara funnits i teorin.
När ljus skapar en ny materiefas
Topologiska material har väckt stort intresse eftersom de leder elektricitet längs sina ytor eller kanter samtidigt som deras inre fungerar som en isolator.
I den nya studien gick forskarna ett steg längre. I stället för att leta efter material som naturligt har dessa egenskaper använde de intensivt, periodiskt pulserande laserljus för att tillfälligt skapa dem.
Denna typ av periodisk påverkan beskrivs med Floquet-teori, där ett system som drivs av en regelbundet återkommande signal kan få helt nya egenskaper som inte existerar i vila.
Femtosekundslaser avslöjade elektronernas rörelser
För att fånga fenomenet använde forskarna femtosekundslaser – ljuspulser som bara varar några biljondels miljarddelar av en sekund.
Laserpulserna förändrade materialets elektroniska struktur under ett extremt kort ögonblick. Med hjälp av tidsupplöst fotoemissionsspektroskopi kunde forskarna sedan observera hur nya elektroniska band uppstod, precis som teorin om Floquet-topologiska tillstånd hade förutspått.
Det är första gången som ett sådant tillstånd har kunnat observeras direkt i ett experiment, vilket gör resultatet till ett viktigt genombrott inom den experimentella kvantfysiken.
SnTe-provet som belyses av pump-laserpulsen. Bild: Gérald och Maxime Rumo
Ett efterlängtat bevis
Idén om Floquet-topologiska isolatorer presenterades redan för mer än tio år sedan och har sedan dess inspirerat omfattande teoretisk forskning.
Problemet har varit att de ljusinducerade tillstånden bara existerar under den korta tid som materialet påverkas av laserpulserna. De försvinner nästan omedelbart när belysningen upphör, vilket gjort dem mycket svåra att mäta.
Den nya studien visar att dessa kortlivade kvanttillstånd faktiskt kan observeras direkt med dagens mest avancerade experimentella metoder.
Kan ge elektronik med styrbara egenskaper
Om forskarna i framtiden kan kontrollera dessa ljusinducerade tillstånd på ett tillförlitligt sätt kan tekniken få stor betydelse.
I stället för att utveckla nya material med fasta egenskaper skulle man kunna använda laserljus för att tillfälligt ge ett material helt nya elektroniska funktioner. Exempelvis skulle ledningsförmåga, magnetiska egenskaper eller kvanttillstånd kunna slås på och av med hjälp av ljuspulser.
Det skulle kunna bana väg för snabbare elektronik, nya optoelektroniska komponenter och framtida kvantteknik där materialens egenskaper styrs dynamiskt i realtid.
Fortfarande grundforskning
Trots genombrottet återstår mycket arbete innan tekniken kan användas praktiskt.
De Floquet-topologiska tillstånden existerar endast under mycket kort tid och kräver avancerad laserutrustning för att skapas och observeras. Forskarnas nästa mål är därför att hitta sätt att göra effekten mer stabil och enklare att kontrollera.
Lyckas det kan ljusstyrda kvantmaterial bli en viktig byggsten inom framtidens elektronik och kvantteknik.
Ett nytt verktyg för att forma materiens egenskaper
Under de senaste åren har forskare visat att ljus inte bara kan användas för att undersöka material – det kan också förändra deras mest grundläggande egenskaper. Den nya studien ger de starkaste experimentella bevisen hittills för att detta även gäller Floquet-topologiska tillstånd.
Upptäckten innebär ett viktigt steg från teoretiska modeller till experimentell verklighet. På längre sikt kan möjligheten att skapa och kontrollera helt nya materiefaser med hjälp av ljus öppna dörren till elektroniska komponenter och kvantteknik som inte är bundna av materialens naturliga egenskaper, utan kan programmeras med laser när de behövs.
Publikationsuppgifter
F. Chassot m.fl., Floquet-topologiskt tillstånd inducerat av ljusdriven bandinversion i SnTe, Nature Physics (2026). DOI: 10.1038/s41567-026-03341-0
