Новые перспективы взаимодействия света и материи: как виртуальные заряды влияют на отклик материалов

Новые перспективы взаимодействия света и материи: инновационное исследование, сфокусированное на сверхбыстрой электронике. Автор: Politecnico di Milano

Понимание того, что происходит внутри материала, когда на него воздействуют сверхкороткими световыми импульсами, является одной из великих задач физики вещества и современной фотоники. Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Photonics и проведённое под руководством Миланского политехнического университета, раскрывает ранее упускавшийся, но важный аспект — вклад виртуальных зарядов. Это носители заряда, которые существуют только во время взаимодействия со светом, но которые глубоко влияют на отклик материала.

Исследование, проведённое в партнёрстве с Университетом Цукубы, Институтом структуры и динамики вещества Макса Планка и Институтом фотоники и нанотехнологий (CNR-IFN), изучало поведение монокристаллических алмазов, подвергнутых воздействию световых импульсов длительностью в несколько аттосекунд (миллиардных долей миллиардной доли секунды), с использованием передовой методики, называемой спектроскопией переходного отражения на аттосекундной шкале.

Сравнивая экспериментальные данные с современными численными симуляциями, исследователи смогли изолировать эффект так называемых виртуальных вертикальных переходов между электронными зонами материала. Этот результат меняет взгляд на то, как свет взаимодействует с твёрдыми телами, даже в экстремальных условиях, которые ранее приписывались только движению реальных зарядов.

«Наша работа показывает, что возбуждение виртуальных носителей, которое развивается за несколько миллиардных долей миллиардной доли секунды, необходимо для корректного предсказания быстрого оптического отклика в твёрдых телах», — заявил Маттео Луккини, профессор кафедры физики, старший автор исследования и сотрудник CNR-IFN.

Новые перспективы взаимодействия света и материи: инновационное исследование, сфокусированное на сверхбыстрой электронике. Автор: Politecnico di Milano

«Эти результаты знаменуют собой ключевой шаг в разработке сверхбыстрых технологий в электронике», — добавляет Росио Боррехо Варильяс, исследователь из CNR-IFN.

Достигнутый прогресс открывает новые пути для создания сверхбыстрых оптических устройств, таких как переключатели и модуляторы, способные работать на петагерцовых частотах — в тысячу раз быстрее, чем современные электронные устройства. Это требует глубокого понимания как поведения реальных зарядов, так и виртуальных, что и продемонстрировано в данном исследовании.

Больше информации: Gian Luca Dolso et al, Attosecond virtual charge dynamics in dielectrics, Nature Photonics (2025). DOI: 10.1038/s41566-025-01700-6

Источник: Polytechnic University of Milan