Сверхбыстрые импульсы инфракрасного света заставляют тонкую плёнку «дышать»

Исследователи из Корнеллского университета продемонстрировали, что сверхбыстрые импульсы низкочастотного инфракрасного света могут заставлять кристаллическую решётку синтетической тонкой плёнки атомарно расширяться и сжиматься миллиарды раз в секунду. Это «дыхание», управляемое деформацией, потенциально можно использовать для быстрого переключения электронных, магнитных или оптических свойств материала.

Деформация, вызванная ТГц-излучением, и кристаллическое упорядочивание. Автор: Якоб Голлвитцер и др.

Исследование, опубликованное в Physical Review Letters, возглавили бывший постдок Якоб Голлвитцер и аспирант Джеффри Каарет. Обычно деформацию материала вызывают механическим растяжением или сжатием, но использование света для этой цели изучено меньше.

«Когда материал взаимодействует со светом, мы не знаем точно, что происходит на детальном уровне, поэтому приходится извлекать как можно больше информации из экспериментов, чтобы построить модель», — пояснила соавтор работы Николь Бенедек.

Команда использовала пикосекундные импульсы терагерцового света, который имеет ту же низкую частоту, что и фононы — колебания кристаллической решётки.

«Мы настраиваем частоту и возбуждаем определённое атомное движение, которое приводит к быстрому расширению решётки. Свет генерирует совершенно новое состояние материала, которое невозможно получить иным способом», — добавил соавтор Андрей Зингер.

В качестве материала выбрали алюминат лантана — «скучный» материал без выдающихся свойств, что упрощало теоретическое моделирование. После облучения материал не только демонстрировал предсказанную деформацию, но и неожиданно для учёных стабильно улучшил свою структуру, став более кристаллическим и упорядоченным.

Это открытие открывает новые возможности: переключение между разными состояниями материала, включение и выключение электронных и магнитных свойств, а также индуцирование структурных перестроек для сверхпроводимости.

Больше информации: Jakob Gollwitzer et al, Picosecond Expansion in LaAlO₃ Resonantly Driven by Infrared-Active Phonons, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/vzkw-n2bm

Источник: Cornell University