Des chercheurs de l'Université Cornell ont développé une méthode novatrice pour manipuler les propriétés des matériaux en utilisant des impulsions lumineuses infrarouges ultra-rapides. Cette technique permet de provoquer des expansions et contractions à l'échelle atomique dans les réseaux cristallins, ouvrant la voie à des avancées technologiques majeures.
Publiée le 12 septembre 2025 dans la revue *Physical Review Letters*, l'étude, co-dirigée par Jakob Gollwitzer et Jeffrey Kaaret, explore une approche de modification des matériaux par la lumière qui se distingue des méthodes traditionnelles de contrainte mécanique. L'équipe, incluant les professeurs associés Nicole Benedek et Andrej Singer, a démontré le potentiel de la lumière pour moduler rapidement les propriétés électroniques, magnétiques et optiques des matériaux, un phénomène qu'ils décrivent comme une "respiration" atomique.
Nicole Benedek a joué un rôle crucial dans la prédiction théorique des fréquences lumineuses optimales et des paramètres expérimentaux nécessaires pour induire une contrainte "dynamique" et réversible. Cette approche contraste avec la contrainte statique, qui modifie la forme d'un matériau de manière permanente. La clé réside dans l'excitation de mouvements atomiques spécifiques grâce à des impulsions de lumière térahertz de quelques picosecondes. Ces impulsions, en résonance avec les vibrations du réseau cristallin (phonons), provoquent une expansion rapide du réseau.
Pour leurs expériences, les chercheurs ont utilisé l'aluminate de lanthane (LaAlO₃). Les résultats ont non seulement confirmé la capacité à induire la déformation souhaitée, mais ont également révélé une amélioration inattendue de la structure cristalline du matériau, le rendant plus ordonné. Cette découverte suggère que la manipulation par la lumière peut non seulement modifier les propriétés d'un matériau, mais aussi en améliorer la structure intrinsèque.
Ce travail, soutenu par le Bureau des sciences de l'énergie de base du Département de l'Énergie des États-Unis et le Cornell Center for Materials Research, financé par le programme MRSEC de la National Science Foundation, ouvre de nouvelles perspectives pour le contrôle des matériaux. Les applications potentielles incluent des interrupteurs ultra-rapides, des supraconducteurs accordables et des capteurs dynamiques. La capacité à accéder à des propriétés matérielles inédites grâce à l'interaction lumière-matière promet d'accélérer le développement de technologies de pointe.