Các nhà nghiên cứu tại Cornell đã phát triển một phương pháp đột phá sử dụng các xung ánh sáng hồng ngoại tần số thấp siêu nhanh để điều khiển các đặc tính của vật liệu ở cấp độ nguyên tử. Nghiên cứu này, được công bố vào ngày 12 tháng 9 năm 2025 trên tạp chí Physical Review Letters, tập trung vào việc gây ra sự giãn nở và co lại nhanh chóng trong mạng tinh thể của màng mỏng tổng hợp, một hiệu ứng được gọi là "sự thở" của vật liệu. Hiện tượng này có tiềm năng cách mạng hóa cách chúng ta có thể bật và tắt các thuộc tính điện tử, từ tính hoặc quang học của vật liệu.
Đồng lãnh đạo bởi Jakob Gollwitzer và Jeffrey Kaaret, cùng với sự tham gia của các Giáo sư Phó Nicole Benedek và Andrej Singer, nhóm nghiên cứu đã khám phá việc điều khiển vật liệu bằng ánh sáng, một phương pháp ít được nghiên cứu hơn so với các kỹ thuật ứng suất cơ học truyền thống. Giáo sư Phó Benedek đã sử dụng lý thuyết tính toán để xác định các tần số ánh sáng tối ưu và các thông số thực nghiệm cần thiết để đạt được "ứng suất động" có thể đảo ngược – một sự thay đổi hình dạng tạm thời không giống như ứng suất tĩnh. Nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng các xung laser siêu nhanh có thể thay đổi các đặc tính của vật liệu, chẳng hạn như làm cho kim loại từ tính trở nên không từ tính, với thời gian chuyển mạch chỉ 100 femtoseconds.
Để thực hiện nghiên cứu, nhóm đã chọn lanthanum aluminate, một vật liệu đơn giản với các đặc tính nội tại tối thiểu, lý tưởng cho việc nghiên cứu các hiệu ứng ứng suất do ánh sáng gây ra. Bằng cách sử dụng các chùm tia terahertz trong picosecond để kích thích các chuyển động nguyên tử cụ thể, các nhà khoa học đã tạo ra sự giãn nở mạng tinh thể nhanh chóng. Điều thú vị là, quá trình này không chỉ tạo ra ứng suất mong muốn mà còn làm tăng vĩnh viễn cấu trúc tinh thể của vật liệu, dẫn đến trạng thái có trật tự hơn.
Các nghiên cứu gần đây cũng đã khám phá việc sử dụng ánh sáng terahertz để điều khiển các vật liệu bán dẫn nguyên tử mỏng, cho phép thay đổi có chọn lọc các đặc tính quang học và điện tử của vật liệu. Những phát hiện này mở ra những con đường mới cho việc kiểm soát các đặc tính vật liệu bằng ánh sáng, có khả năng thúc đẩy các công nghệ như công tắc siêu nhanh, siêu dẫn có thể điều chỉnh và cảm biến động. Việc hiểu rõ sự tương tác giữa ánh sáng và các vật liệu oxit phức hợp cho phép các nhà nghiên cứu tiếp cận các thuộc tính vượt ra ngoài những gì có thể đạt được bằng các phương pháp tiêu chuẩn. Nghiên cứu này nhận được sự hỗ trợ từ Văn phòng Khoa học Cơ bản về Năng lượng của Bộ Năng lượng và Trung tâm Nghiên cứu Vật liệu Cornell, với nguồn tài trợ từ chương trình MRSEC của Quỹ Khoa học Quốc gia.