حقق العلماء تقدماً مهماً في مجال أبحاث المواد الكمومية، حيث اكتشفوا طريقاً مختصراً نحو المواد الكمومية. باستخدام الطاقة الكمومية الذاتية للمادة، تمكنوا من إعادة برمجة المادة بمساعدة الإكسيتونات (excitons) دون الحاجة إلى ليزر قوي، مما يجعل تصنيع وتتحكم في المواد الكمومية المتقدمة أكثر سهولة وقابلية للتحقيق.
تُعد هندسة فلوركيه (Floquet engineering) مجالاً ناشئاً في الفيزياء، يركز على دراسة كيفية تأثير الاضطرابات الدورية — مثل الضوء — على تغيير سلوك الإلكترونات داخل المادة مؤقتاً، مما يمنح المواد العادية خصائص غير عادية. ومع ذلك، كانت التحققات التجريبية صعبة في السابق، وذلك بشكل رئيسي بسبب الحاجة إلى ضوء شديد القوة، حيث يمكن للضوء عالي الطاقة أن يدمر المادة، كما أن التأثير الناتج يكون ضعيفاً نسبياً.
قاد فريق بحث دولي بقيادة جامعة أوكيناوا للعلوم والتكنولوجيا الدراسات العليا (OIST) وجامعة ستانفورد اكتشافاً جديداً. وأفاد البروفيسور كيشاف داني (Keshav Dani)، رئيس مختبر التحليل الطيفي بالفيمتوثانية في OIST، بأن قوة الاقتران بين الإكسيتونات والمادة أعلى بكثير من قوة الاقتران بين الفوتونات والمادة، مما يتيح تحقيق تأثير فلوركيه قوي جداً، مع تجنب التحديات التي يفرضها الضوء، وبالتالي يفتح طرقاً جديدة لتطوير أجهزة ومواد كمومية غريبة في المستقبل.
تُعتبر تقنية هندسة فلوركيه وسيلة محتملة لتصنيع مواد كمومية مخصصة باستخدام أشباه موصلات عادية. في المواد الكمومية، تكتسب الإلكترونات هيكلاً دورياً بفعل التفاعل بين الضوء والبلورة، مما يؤدي إلى تحريك نطاقات الطاقة، ويمكن للتحكم الدقيق في الضوء أن يغير خصائص المادة. لكن الطرق القائمة على الضوء سابقاً كانت تعاني من ضعف الاقتران بين الضوء والمادة، مما يتطلب ترددات عالية جداً، وغالباً ما يؤدي إلى تبخر المادة، كما أن التأثير يكون قصير الأمد.
الإكسيتونات هي حالات مرتبطة تنشأ من انتقال الإلكترونات في أشباه الموصلات، وتتفاعل بقوة مع الهيكل المحيط، حاملة طاقة تذبذبية تؤثر على الإلكترونات القريبة. وأوضح البروفيسور جانلوكا ستيفانوتشي (Gianluca Stefanucci) من جامعة روما الثانية، وهو أحد المؤلفين المشاركين في الورقة، أن كمية ضئيلة جداً من الضوء يمكن أن تولد مجموعة كثيفة بما يكفي من الإكسيتونات لدفع دورة هجينة قوية.
استخدم فريق البحث تقنيات طيفية متقدمة، ومن خلال دراسة أشباه موصلات رقيقة على المستوى الذري، تمكنوا من فصل تأثير الضوء عن تأثير الإكسيتونات، وأثبتوا أن تأثير فلوركيه الناتج عن الإكسيتونات أقوى بكثير.
تُظهر هذه النتائج أن تأثير فلوركيه لا يقتصر على التقنيات القائمة على الضوء، بل يمكن تحقيقه باستخدام جسيمات بوزونية أخرى. وبفضل انخفاض متطلبات الطاقة في هندسة فلوركيه بالإكسيتونات، تُفتح الطريق أمام التطبيقات العملية.
