德国和新加坡的研究人员研究了费米液体的非平衡态，称为Floquet费米液体(FFL)，当费米液体受到周期性驱动力并与费米子浴保持接触时形成。
费米液体是量子力学系统，其中费米子(如金属中的电子)在绝对零温度(相当于0开尔文或-273.15°C)下集体表现可预测。
费米子是宇宙中两类基本粒子之一，它们服从费米-狄拉克(FD)统计。这描述了系统处于热平衡时它们的分布。
这就是我们遇到一个有趣的量子系统，称为费米液体的地方。“费米液体”一词源于这样的想法：与液体如何自由流动并改变形状类似，费米液体中的费米子由于其集体行为而在材料内相对自由地移动。
对于费米液体，费米子的行为由费米面来表征。费米面标志着费米液体能态的分离，指示费米子占据的满能态和空能态。
研究人员有动力了解当周期性驱动力与费米子热浴相结合时，电子会发生什么。
这项研究发表在《物理评论快报》上，由德国莱比锡大学的Li-kunShi博士和IntiSodemannVilladiego博士以及新加坡南洋理工大学的OlesMatsyshyn博士和JustinCWSong博士进行。
Phys.org采访了研究人员，他们提出了一个他们希望回答的更大问题：即使材料不吸收光，光电流(照亮材料产生的电流)是否也存在于纯块状晶体(如金属和半导体)中?
这个问题引导他们找到了弗洛奎特费米液体。
Floquet费米液体
在费米液体中，能态是连续的，填充能态低于费米能级，空态高于费米能级。费米能级标志着发现费米子态的概率从接近100%占据跃迁到接近0%占据的能级。
在绝对零时，费米能量以下的所有状态都被填满，而高于费米能量的所有状态都是空的。这个能级有效地定义了动量空间中的费米表面：一个有助于可视化物质内部发生的事情的理论概念。
当我们对费米液体施加周期性力时，其正常能级会被修改为Floquet带，这是费米液体由于驱动力而修改的能级。将其视为水面上形成的涟漪。
研究人员现在想了解如果这个系统远离平衡会发生什么。为此，研究人员引入了费米子浴，它是由费米子组成的储库或环境。
研究人员发现，所得的费米液体处于非稳定的平凡状态，称为Floquet费米液体。他们发现所得液体不符合典型的FD统计数据。
FD楼梯和嵌套曲面
在这种情况下，FFL状态被认为是重要的，因为它是周期性驱动力、费米子相互作用和周围环境之间相互作用的结果。
能量状态的占据呈现出具有多次跳跃的阶梯状模式，而不是能量状态的平滑过渡(类似于平衡FD分布中通常观察到的单次跳跃)。
“每一次跳跃都会导致新的费米面(Floquet费米面)的出现，”石博士解释道。
Matsyshyn博士补充道：“处于FFL状态的Floquet费米面相互封闭。”
将其视为分层的费米表面，类似于俄罗斯嵌套娃娃的情况。这些流畅的费米面会影响整个系统的行为，从而产生特定的现象。
量子振荡的跳动模式和控制电子行为
量子振荡是材料特性(例如电阻)的周期性变化，作为磁场或压力等外部参数的函数。
研究人员观察到FFL在外部磁场影响下量子振荡的跳动模式。
这些图案是由于相互嵌套的不同尺寸的Floquet费米表面之间的干涉而产生的。多个Floquet费米面的存在会导致相长和相消干涉效应，从而导致电阻振荡。
“量子振荡的跳动模式与二维电子系统中观察到的微波诱导电阻振荡(MIRO)实验一致，”宋博士解释道。
它们还提供了一种设计和定制系统电子行为的方法。
Villadiego博士说：“多个费米面的存在可以更好地控制系统的电子特性。通过调整光频率或强度，我们可以操纵Floquet费米面的形状和分离。”
这为控制电子行为提供了新的可能性。
潜在的应用和见解
研究人员指出的最有趣的教训之一是，正如史博士所说，稳态不应该被视为“一种无聊的、稍微热一点的平衡FD分布版本”。
“相反，系统接近稳定状态，其能量密度高于平衡状态，但这种多余的能量不会以某种无特征的热量形式存储，而是导致状态占据的非常精确的重新排列，从而保留精确的量子性质，”Matsyshyn博士说。
研究人员还提供了实验性实现FFL所需满足的条件或标准。他们还列出了未来工作的几个潜在途径，其中之一是散装材料中光电流的原始问题。
Villadiego博士说：“利用我们的FloquetFermi液态，人们可以严格证明，即使是纯单色光，也确实有可能驱动净整流电流，即使其频率位于间隙之内。”
“这些想法可能与光放大器、传感器、太阳能电池和能量收集设备等新型光电技术的开发相关，”宋博士总结道。
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