量子物理定律统治着微观世界。例如，它们确定电子通过晶体的容易程度，从而确定材料是金属、半导体还是绝缘体。
量子物理学可能会导致某些材料具有奇异的性质：在所谓的拓扑绝缘体中，只有能够占据某些特定量子态的电子才能像表面上的无亚博网站下载质量粒子一样自由移动，而对于体中的电子来说，这种移动性是完全不存在的。更重要的是，材料“表皮”中的传导电子必然是自旋极化的，并形成坚固的金属表面状态，可以用作在飞秒时间尺度（1 fs=10-15 s）上驱动纯自旋电流的通道。yabo214
这些特性为开发基于拓扑材料的新信息技术（如超快自旋电子学）提供了激动人心的机会，利用电子在其表面的自旋而不是电荷。特别是，飞秒激光脉冲在这些材料中的光激发是实现自旋信息高效、无损传输的一种很有前途的选择。利用这些特性的亚博网站下载自旋电子学器件具有优越性能的潜力，因为它们可以将信息传输速度提高到现代电子学的1000倍。
然而，在开发自旋电子器件之前，仍有许多问题需要解决。例如，拓扑材料中的体电子和表面电子对外部刺激(即激光脉冲)的确切响应的细节，以及它们在超短时间尺度上的集体行为的重叠程度。
由HZB物理学家Jaime博士领导的一个小组现在对这种机制有了新的见解。该团队还与莫斯科罗蒙诺索夫国立大学的同事们合作建立了Helmholtz-RSF联合研究小组，研究了元素锑(Sb)的单晶，这在之前被认为是一种拓扑材料。“在一个简单的系统中研究有趣的物理是一个很好的策略，因为我们可以希望在那里理解基本原理，”Sanchez-Barriga解释道。“对这种材料拓扑性质的实验验证需要我们直接观察它在高度激发态下的电子结构，具有时间、自旋、能量和动量分辨率，通过这种方式，我们获得了一个不同寻常的电子动力学，”Sanchez-Barriga补充道。
目的是了解Sb体和表面的激发态电子对外界能量输入的反应速度，并探索其反应机制。“通过控制初始激光激发和第二个脉冲之间的时间延迟，使我们能够探测电子结构，我们能够建立一个完整的时间分辨率的图像，激发态如何离开和返回到超快的时间尺度上的平衡。时间和自旋分辨能力的独特结合也使我们能够直接探测远不平衡的激发态的自旋极化”，奥利弗·克拉克博士说。
数据显示了一个趋势“扭结”表面态的瞬态能量-动量色散结构，可以解释为有效电子质量的增加。作者们能够证明，这种质量增强在确定超快光激发后来自体和表面的电子的动力学行为中的复杂相互作用中起着决定性的作用，也取决于它们的自旋。
“我们的研究揭示了这类材料的哪些基本特性是系统控制相关时间尺度的关键，在这些时间尺度中，可以产生和操纵无损自旋极化电流。”亚博网站下载桑切斯·巴里加解释道。这些都是基于拓扑材料的自旋电子器件具有超快信息处理功能的重要步骤。亚博网站下载
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