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Chiral phononics: Controlling electronic phases with phonon angular momentum

Descripción del proyecto

Controlar las propiedades funcionales de los sólidos con el momento angular de los fonones

Incluso en los sólidos, las moléculas o los cristales vibran constantemente en torno a posiciones fijas. Los pulsos ultracortos de radiación electromagnética pueden modificar la estructura cristalina de los sólidos mediante la conducción resonante de fonones coherentes (paquetes de energía mecánica vibracional) que intercambian energía y momento con los electrones. Por lo general, los fonones quirales se han considerado una forma de disipar el momento angular electrónico más que una manera de controlar las propiedades de los sólidos. El equipo del proyecto CHIRALPHONONICS, financiado por el CEI, tiene por objeto investigar cómo puede generarse coherentemente el momento angular de los fonones para controlar las propiedades funcionales como el orden topológico y ferroico. La modelización microscópica con cálculos de primeros principios conduciría a nuevos principios de diseño de materiales cuánticos fuera de equilibrio.

Objetivo

This projects aims to establish a new paradigm in the ultrafast control of solids, by using the angular momentum of chiral lattice vibrations (chiral phonons) to manipulate, induce, and switch electronic phases.

The properties of solids are fundamentally determined by the crystal-lattice geometry. Developments of ultrashort terahertz and mid-IR pulses in the past decade have made it possible to dynamically modify the crystal structure by resonantly driving coherent phonons. These phonons exchange energy and momentum with the electrons, modifying interactions that are dependent on the distance between the atoms.

Chiral phonons, in turn, have mostly been regarded as a dissipation channel for electronic angular momentum and only recently been used for ultrafast control of solids, following seminal theoretical predictions of me and my colleagues. The reason for this is rooted in two challenges: the lack of feasible protocols to coherently excite chiral phonons across the Brillouin zone and the complexity of angular momentum coupling processes out of the equilibrium.

CHIRALPHONONICS will address these challenges by bridging the gap between phonon angular momentum theory and ultrafast dynamical simulations. My team and I will investigate how phonon angular momentum can be coherently generated coupled to electronic, spin, and orbital degrees of freedom that are connected to functional properties, including topological and ferroic order. We will combine microscopic modeling with first-principles calculations to create effective ab-initio informed models that allow us to both predict novel fundamental coupling mechanisms as well as realize quantitative materials implementations.

This research will lead to new functionalities in solids and design principles for quantum materials out of the equilibrium. Pioneering the field of ultrafast chiral phononics will open an avenue towards technologies based on phonon angular momentum switching of electronic states.

Ámbito científico (EuroSciVoc)

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Palabras clave

Programa(s)

Tema(s)

Régimen de financiación

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Convocatoria de propuestas

(se abrirá en una nueva ventana) ERC-2024-STG

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Institución de acogida

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN
Aportación neta de la UEn
€ 1 500 000,00
Dirección
GROENE LOPER 3
5612 AE Eindhoven
Países Bajos
Región
Zuid-Nederland Noord-Brabant Zuidoost-Noord-Brabant
Tipo de actividad
Higher or Secondary Education Establishments
Enlaces
Coste total
€ 1 500 000,00

Beneficiarios (1)