Pesquisadores da Cornell Engineering desenvolveram um método inovador para influenciar as propriedades dos materiais através de pulsos ultrarrápidos de luz infravermelha de baixa frequência. Ao aplicar esses pulsos a filmes finos sintéticos, eles conseguem induzir uma rápida expansão e contração atômica na estrutura cristalina do material, um efeito de "respiração" impulsionado por deformação. Essa técnica tem o potencial de ligar e desligar propriedades eletrônicas, magnéticas ou ópticas de um material de forma acelerada.
O estudo, publicado em 12 de setembro de 2025, na Physical Review Letters, foi liderado por Jakob Gollwitzer e Jeffrey Kaaret. A equipe de pesquisa, que inclui os Professores Associados Nicole Benedek e Andrej Singer, explorou a manipulação de propriedades de materiais baseada em luz, uma abordagem menos comum em comparação com as técnicas tradicionais de deformação mecânica. Benedek utilizou a teoria computacional para prever as frequências de luz ideais e os parâmetros experimentais que, combinados com materiais adequados, alcançariam uma deformação "dinâmica" reversível, que se dissipa com o tempo, ao contrário da deformação estática.
Para a pesquisa, foi escolhido o aluminato de lantânio devido à sua simplicidade e mínimas propriedades intrínsecas, tornando-o um material ideal para o estudo dos efeitos da deformação induzida por luz. Os pesquisadores empregaram pulsos de luz terahertz (THz) em rajadas de picossegundos para excitar movimentos atômicos específicos, resultando em uma rápida expansão da rede cristalina. Este processo não só induziu a deformação desejada, mas também aprimorou permanentemente a estrutura cristalina do material, resultando em um estado mais ordenado.
Essa capacidade de controlar as propriedades dos materiais com luz abre novas fronteiras para tecnologias como interruptores ultrarrápidos, supercondutores sintonizáveis e sensores dinâmicos. A compreensão da interação da luz com materiais complexos de óxido permite aos pesquisadores acessar propriedades que não seriam alcançáveis com métodos convencionais. Em pesquisas relacionadas, cientistas têm explorado o uso de luz para controlar propriedades quânticas em materiais bidimensionais, utilizando a estrutura da luz para manipular o comportamento do material em uma escala quântica e em tempos ultrarrápidos. Essa abordagem pode levar a avanços em eletrônicos quânticos de próxima geração e computação quântica.
Além disso, a tecnologia terahertz tem sido fundamental na pesquisa de materiais, permitindo a manipulação de feixes de terahertz através de metamateriais e abrindo caminhos para novas aplicações em comunicação e detecção. A capacidade de induzir deformação ultrarrápida e quebrar simetrias em materiais ferreicos, utilizando pulsos de luz ultracurtos, também está sendo investigada, com potencial para o desenvolvimento de atuadores e moduladores em dispositivos. O suporte para esta pesquisa veio do Escritório de Ciências Básicas de Energia do Departamento de Energia e do Centro de Pesquisa de Materiais de Cornell, com financiamento do programa MRSEC da National Science Foundation.