Ricercatori della Cornell Engineering hanno sviluppato un metodo innovativo per manipolare le proprietà dei materiali utilizzando impulsi di luce infrarossa a bassa frequenza e ultraveloce. Applicando questi impulsi a film sottili sintetici, è possibile indurre un'espansione e una contrazione atomica rapida all'interno del reticolo del materiale, un effetto di "respiro" che potrebbe attivare e disattivare rapidamente le proprietà elettroniche, magnetiche o ottiche di un materiale.
Lo studio, pubblicato il 12 settembre 2025 sulla rivista Physical Review Letters, è stato co-diretto da Jakob Gollwitzer e Jeffrey Kaaret. Il team di ricerca, che include i professori associati Nicole Benedek e Andrej Singer, ha esplorato la manipolazione delle proprietà dei materiali tramite la luce, un approccio meno studiato rispetto alle tradizionali tecniche di deformazione meccanica. Benedek ha utilizzato la teoria computazionale per prevedere le frequenze ottimali della luce e i parametri sperimentali che, in combinazione con materiali idonei, avrebbero raggiunto una deformazione "dinamica" reversibile.
La ricerca ha inoltre rivelato che questo processo ha migliorato permanentemente la struttura cristallina del campione di alluminato di lantanio, portando a uno stato più ordinato. L'alluminato di lantanio è stato scelto per la sua semplicità e le sue proprietà intrinseche minime, rendendolo ideale per studiare gli effetti della deformazione indotta dalla luce. I ricercatori hanno impiegato raffiche di picosecondi di luce terahertz per eccitare specifiche vibrazioni atomiche, inducendo una rapida espansione del reticolo.
La luce terahertz, situata tra le microonde e la luce infrarossa nello spettro elettromagnetico, possiede proprietà uniche che la rendono ideale per sondare le strutture interne di vari materiali, essendo non ionizzante e in grado di penetrare molti materiali non conduttivi. Questo approccio apre nuove strade per il controllo delle proprietà dei materiali con la luce, con potenziali avanzamenti in tecnologie come interruttori ultraveloci, superconduttori sintonizzabili e sensori dinamici.
Comprendere l'interazione della luce con materiali ossidi complessi consente ai ricercatori di accedere a proprietà al di là di quelle ottenibili con metodi standard. La capacità di manipolare la struttura dei materiali con impulsi di luce di pochi centinaia di femtosecondi, ovvero meno di un milionesimo di milionesimo di secondo, potrebbe consentire nuovi tipi di calcolo basati sugli spin elettronici anziché sulla carica, operando a velocità ordini di grandezza superiori rispetto ai metodi attuali.
Questa ricerca ha ricevuto il supporto dall'Ufficio delle Scienze di Base dell'Energia del Dipartimento dell'Energia e dal Cornell Center for Materials Research, con finanziamenti dal programma MRSEC della National Science Foundation.