Forscher der Cornell University haben eine neuartige Methode entwickelt, um Materialeigenschaften durch ultraschnelle Lichtimpulse im infraroten Spektrum zu verändern. Durch die Anwendung dieser Impulse auf synthetische Dünnschichten konnten sie eine schnelle atomare Ausdehnung und Kontraktion innerhalb des Kristallgitters hervorrufen. Dieser strain-getriebene „Atem“-Effekt hat das Potenzial, elektronische, magnetische oder optische Eigenschaften von Materialien blitzschnell zu schalten.
Die in Physical Review Letters am 12. September 2025 veröffentlichte Studie wurde von Jakob Gollwitzer und Jeffrey Kaaret geleitet. Das Team, zu dem auch die Professoren Nicole Benedek und Andrej Singer gehören, untersuchte die lichtbasierte Manipulation von Materialeigenschaften. Dieser Ansatz ist im Vergleich zu traditionellen mechanischen Dehnungstechniken weniger erforscht. Professorin Benedek nutzte theoretische Berechnungen, um optimale Lichtfrequenzen und experimentelle Parameter zu identifizieren, die für eine reversible „dynamische“ Dehnung entscheidend sind.
Für ihre Experimente wählten die Forscher Aluminiumoxid (Lanthan-Aluminat) wegen seiner Einfachheit und minimalen inhärenten Eigenschaften, was es ideal für die Untersuchung lichtinduzierter Dehnungseffekte machte. Sie setzten Pikosekunden-Impulse von Terahertz-Licht ein, um spezifische atomare Bewegungen anzuregen, was zu einer schnellen Gitterausdehnung führte. Dieser Prozess verbesserte zudem dauerhaft die Kristallstruktur des Materials und führte zu einem geordneteren Zustand.
Diese Ergebnisse eröffnen neue Wege zur Steuerung von Materialeigenschaften durch Licht und könnten Technologien wie ultraschnelle Schalter, abstimmbare Supraleiter und dynamische Sensoren voranbringen. Die Cornell Center for Materials Research (CCMR) spielt eine wichtige Rolle bei der Förderung solcher interdisziplinärer Forschung und erhält erhebliche finanzielle Unterstützung von der National Science Foundation (NSF).
Die Forschung zur Licht-Materie-Wechselwirkung, insbesondere im Terahertz-Bereich, ist ein aktives Feld, das neue Möglichkeiten für die Materialmanipulation eröffnet. Die Fähigkeit, atomare Bewegungen mit Licht zu steuern, wie sie in dieser Studie gezeigt wird, ist ein bedeutender Fortschritt, der potenziell zu neuen Geräten und Technologien führen könnte, die auf der präzisen Manipulation von Materie auf atomarer Ebene basieren.