Para insinyur di Universitas Cornell telah mengembangkan metode revolusioner untuk memanipulasi sifat material pada skala atomik menggunakan pulsa cahaya inframerah frekuensi rendah yang sangat cepat. Teknik inovatif ini memungkinkan ekspansi dan kontraksi atomik yang cepat dalam kisi-kisi material, sebuah fenomena yang dijuluki sebagai "pernapasan" atomik. Kemampuan untuk mengontrol "pernapasan" ini berpotensi membuka pintu untuk mengaktifkan dan menonaktifkan sifat elektronik, magnetik, atau optik material secara instan.
Penelitian yang dipublikasikan pada 12 September 2025 di jurnal Physical Review Letters ini, dipimpin bersama oleh Jakob Gollwitzer dan Jeffrey Kaaret. Tim riset, yang juga melibatkan Profesor Madya Nicole Benedek dan Profesor Andrej Singer, mengeksplorasi manipulasi sifat material berbasis cahaya, sebuah pendekatan yang relatif jarang diteliti dibandingkan dengan metode regangan mekanis konvensional. Benedek menjelaskan bahwa kompleksitas interaksi cahaya dengan material seringkali memerlukan pemahaman mendalam yang dibangun dari eksperimen untuk membangun model yang akurat.
Untuk mencapai regangan dinamis yang dapat dibalik, Benedek menggunakan teori komputasi untuk memprediksi frekuensi cahaya optimal dan parameter eksperimental yang tepat, yang dikombinasikan dengan pemilihan material yang sesuai. Material Lanthanum aluminate dipilih karena kesederhanaannya dan minimnya sifat inheren, menjadikannya kandidat ideal untuk mempelajari efek regangan yang diinduksi oleh cahaya. Tim peneliti menggunakan pulsa singkat picosecond dari cahaya terahertz untuk mengeksitasi gerakan atomik tertentu, yang menghasilkan ekspansi kisi yang cepat.
Menariknya, proses ini tidak hanya menginduksi regangan yang diinginkan tetapi juga secara permanen meningkatkan struktur kristal material, menghasilkan keadaan yang lebih teratur. Profesor Singer menambahkan bahwa atom dapat bergerak di sekitar posisinya seperti anak kecil di ayunan, menggambarkan sifat dinamis dari interaksi ini. Temuan ini membuka jalan baru dalam pengendalian sifat material menggunakan cahaya, dengan potensi untuk memajukan teknologi seperti sakelar ultra cepat, superkonduktor yang dapat disetel, dan sensor dinamis.
Pemahaman tentang interaksi cahaya dengan material oksida kompleks memungkinkan para peneliti untuk mengakses sifat-sifat yang melampaui apa yang dapat dicapai dengan metode standar. Sebagai contoh, penelitian lain di Cornell yang dipimpin oleh Ankit Disa menunjukkan bagaimana laser ultra cepat dapat memanipulasi struktur atomik yttrium titanate untuk menstabilkan magnetisme pada suhu yang jauh lebih tinggi, membuka peluang untuk komputasi kuantum dan perangkat generasi mendatang. Penelitian ini didukung oleh Office of Basic Energy Sciences dari Departemen Energi dan Cornell Center for Materials Research, dengan pendanaan dari program MRSEC National Science Foundation.
Kemajuan dalam bidang ini sejalan dengan eksplorasi teknologi terahertz yang lebih luas, yang memiliki potensi aplikasi dalam berbagai bidang mulai dari inspeksi keamanan hingga kedokteran, karena sifatnya yang dapat menembus material non-logam dan energinya yang relatif aman bagi tubuh manusia.