Forskare har använt två synkroniserade färger av laserljus för att styra elektriska strömmar i grafen. Under de extremt korta ljuspulserna fick materialet ett tillfälligt elektroniskt tillstånd som inte finns i jämvikt. Den andra ljusfärgen fungerade som ett reglage för strömmens styrka och riktning.
Resultaten beskrivs i studien Optical control of electrons in a Floquet topological insulator, publicerad i Nature Physics den 31 augusti 2026. Försöken genomfördes av forskare vid bland annat Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Ludwig-Maximilians-Universität München, Technion och University of Central Florida.
Grafen fick ett kortlivat nytt tillstånd
Grafen består av ett enda lager kolatomer ordnade i ett sexkantigt nät. Materialets elektroner kan påverkas kraftigt av ljus. När ett periodiskt ljusfält driver materialet kan dess tillåtna energitillstånd tillfälligt omformas till så kallade Floquet-tillstånd.
I experimentet låg en mikroskopisk remsa grafen på kiselkarbid och var ansluten till guldelektroder. Provet hölls i vakuum vid rumstemperatur. Först träffades det av cirkulärt polariserade pulser med våglängden 1 550 nanometer. Varje puls var omkring 200 femtosekunder lång.
Det första ljusfältet skapade det ljusklädda tillståndet. Ett andra fält med dubbla frekvensen, motsvarande 775 nanometer, användes sedan för att påverka elektronerna medan tillståndet fanns.
Tid och polarisation blev styrreglage
Genom att ändra laserpulsernas relativa timing och polarisation kunde forskarna kontrollera den uppmätta fotoströmmens styrka och riktning. De såg bland annat ett helt optiskt anomal Hall-effektliknande svar: laddningar böjdes åt sidan utan att ett yttre magnetfält användes.
Det centrala är att ljuspulserna var faslåsta. Forskarna kunde därför flytta den ena vågen i förhållande till den andra med mycket hög precision och mäta hur strömmen svarade inom en enda ljuscykel. Det ger tidsupplösning bortom vad långsammare, medelvärdesbildande mätningar kan visa.
Mätningarna och beräkningarna pekade också på dalpolariserade strömmar. I grafens bandstruktur finns två så kallade dalar, områden där elektroner kan ha olika rörelsemängd. Att kunna gynna den ena dalens bidrag är intressant för framtida daltronik, där information kodas i denna frihetsgrad.
Ingen färdig elektronik ännu
Enligt forskningsgenomgången hos Phys.org är framsteget att forskarna inte bara observerade ett ljusinducerat tillstånd utan styrde elektroner inuti det. Det kan på sikt inspirera snabb elektronik, sensorer och spektroskopi.
Det är samtidigt grundforskning. Tillståndet existerar bara medan de ultrasnabba pulserna påverkar materialet, och experimentet visar inte en färdig komponent eller en ny konsumentprodukt. För mer kvantfysik, läs hur forskare fångade ljudets kvantsprång i realtid och följ fler nyheter inom fysik.
Källunderlag: Originalstudien i Nature Physics och forskarnas redogörelse återgiven av Phys.org. Bild: AI-genererad redaktionell illustration, inte en bild av experimentuppställningen.