Investigadores de la Universidad de Cornell han desarrollado una técnica innovadora que utiliza pulsos de luz infrarroja de baja frecuencia y ultrarrápida para manipular las propiedades de los materiales a escala atómica. Este avance, publicado el 12 de septiembre de 2025 en Physical Review Letters, permite inducir expansiones y contracciones rápidas en la red atómica de películas delgadas sintéticas, un fenómeno que podría revolucionar el control de propiedades electrónicas, magnéticas y ópticas.
El equipo, co-liderado por Jakob Gollwitzer y Jeffrey Kaaret, y con la participación de los profesores asociados Nicole Benedek y Andrej Singer, exploró la manipulación de materiales mediante la luz, un enfoque menos común que las técnicas de deformación mecánica tradicionales. La profesora Benedek empleó la teoría computacional para predecir las frecuencias de luz y los parámetros experimentales óptimos, identificando que estos, junto con materiales adecuados, son cruciales para lograr una deformación "dinámica" reversible. Este tipo de deformación implica un cambio temporal en la forma que se disipa con el tiempo, a diferencia de la deformación estática.
Para sus experimentos, los investigadores seleccionaron el aluminato de lantano por su simplicidad y mínimas propiedades intrínsecas, lo que lo convierte en un candidato ideal para estudiar los efectos de la deformación inducida por la luz. Al aplicar ráfagas de picosegundos de luz terahertz (THz), una forma de radiación electromagnética entre microondas e infrarrojos, lograron excitar movimientos atómicos específicos, provocando una rápida expansión de la red cristalina. Sorprendentemente, este proceso no solo indujo la deformación deseada, sino que también mejoró permanentemente la estructura cristalina del material, resultando en un estado más ordenado.
Este descubrimiento abre nuevas vías para el control de materiales mediante la luz, con aplicaciones potenciales en el desarrollo de interruptores ultrarrápidos, superconductores sintonizables y sensores dinámicos. La capacidad de manipular la estructura atómica con pulsos de luz terahertz ha sido objeto de investigación reciente, demostrando cómo esta tecnología puede influir en el magnetismo de materiales a altas temperaturas e incluso controlar semiconductores atómicamente delgados. Investigaciones previas han mostrado que los pulsos de luz terahertz pueden distorsionar la disposición atómica y alterar las propiedades magnéticas sin calentar significativamente el material, lo que sugiere un gran potencial para dispositivos de memoria y conmutación de alta velocidad y bajo consumo energético.
La investigación contó con el apoyo de la Oficina de Ciencias Básicas de Energía del Departamento de Energía y el Centro de Investigación de Materiales de Cornell, con financiamiento del programa MRSEC de la Fundación Nacional de Ciencias. Este avance se suma a los desarrollos en el campo de la óptica terahertz, donde se están explorando métodos para confinar la luz THz a dimensiones nanométricas para aplicaciones en sensores ambientales y seguridad física, así como en la manipulación de materiales a escala atómica mediante campos de terahercios cercanos para espectroscopia de túnel ultrarrápida.