康奈尔大学工程学院的研究人员开发出一种新颖方法，利用低频红外超快光脉冲来调控材料特性。通过将这些脉冲应用于合成薄膜，他们成功诱导材料晶格在原子尺度上快速膨胀和收缩。这种由应变驱动的“呼吸”效应有望实现材料电子、磁性或光学特性的快速开关。
这项突破性研究发表于2025年9月12日的《物理评论快报》，由Jakob Gollwitzer和Jeffrey Kaaret共同领导。副教授Nicole Benedek和Andrej Singer也参与了这项研究。与传统的机械应变技术不同，该团队探索了基于光的材料特性调控方法，这是一种较少被研究的途径。Nicole Benedek副教授运用计算理论预测了最佳的光频率和实验参数，这些参数与合适的材料相结合，对于实现可逆的“动态”应变至关重要。动态应变是指材料形状发生暂时性变化后又恢复原状，这与静态应变不同。
研究人员选择了铝酸镧（Lanthanum aluminate）作为实验材料，因其结构简单且固有特性较少，非常适合研究光诱导应变效应。他们使用皮秒脉冲的太赫兹光来激发特定的原子运动，从而导致晶格快速膨胀。这一过程不仅诱导了所需的应变，还永久性地增强了材料的晶体结构，使其进入了更有序的状态。研究人员Andrej Singer指出，通过调整频率并激发特定的原子运动，可以增加原子的振幅，从而实现晶格的快速膨胀，产生一种全新的材料状态，这是以往无法实现的。
铝酸镧作为一种高k材料，在MOSFET晶体管中被视为替代SiO2的栅极介电材料的有力竞争者。此外，其晶格常数与许多超导薄膜材料（如YBCO）的晶格常数非常接近，这使得在LAO衬底上外延生长高温超导薄膜能够显著降低晶格应变和位错密度，从而保证外延薄膜的高晶体质量和均匀性。铝酸镧还是一种低损耗、高介电常数绝缘体，在微波频率下几乎没有能量吸收，有助于维持超导器件（如微波谐振器、滤波器和量子比特）的高品质因数（Q值）。
这项研究得到了美国能源部基础能源科学办公室以及国家科学基金会MRSEC项目资助的康奈尔材料研究中心的支持。这些发现为利用光控制材料特性开辟了新途径，有望推动超快开关、可调谐超导体和动态传感器等技术的发展。理解光与复杂氧化物材料的相互作用，使研究人员能够获得超越标准方法可实现的材料特性。