Pesquisadores do Departamento de Fa­sico-Quí­mica do Instituto Fritz Haber e do Instituto Max Planck para a Estrutura e Dina¢mica da Matanãria em Hamburgo descobriram quemudanças ultrarrápidas nas propriedades dos materiais podem ser acionadas por pulsos de laser - e por quaª. Esse conhecimento pode permitir novos conceitos de transistores.

Tornar a velocidade da tecnologia eletra´nica o mais rápido possí­vel éum objetivo central da pesquisa de materiais contempora¢neos. Os principais componentes das tecnologias de computação rápida são os transistores: dispositivos de comutação que ligam e desligam correntes elanãtricas muito rapidamente como etapas ba¡sicas de operações lógicas. A fim de melhorar nosso conhecimento sobre os materiais de transistores ideais, os fa­sicos estãoconstantemente tentando determinar novos manãtodos para realizar essasmudanças extremamente rápidas. Pesquisadores do Instituto Fritz Haber da Sociedade Max Planck em Berlim e do Instituto Max Planck para a Estrutura e Dina¢mica da Matanãria em Hamburgo descobriram que um novo tipo de interruptor ultrarra¡pido pode ser realizado com luz.

Os fa­sicos envolvidos no projeto estãoestudando a melhor forma de fazer com que os materiais mudem suas propriedades - para tornar os metais magnanãticos não magnanãticos, por exemplo, ou para mudar a condutividade elanãtrica de um cristal. As propriedades elanãtricas de um material estãofortemente relacionadas ao arranjo dos elanãtrons no cristal. Controlar o arranjo dos elanãtrons tem sido um ta³pico importante por décadas. A maioria dos manãtodos de controle, entretanto, são bastante lentos.

"Saba­amos que influaªncias externas, como variações de temperatura ou pressão, funcionam", diz o Dr. Ralph Ernstorfer, lider de grupo do Departamento de Fa­sico-Quí­mica do Instituto Fritz Haber, "mas isso leva tempo, pelo menos alguns segundos". Quem usa regularmente um smartphone ou computador sabe que alguns segundos podem parecer uma eternidade. Portanto, o grupo do Dr. Ernstorfer explorou como mudar as propriedades do material muito mais rápido por meio da luz.

Usando o novo equipamento do Instituto Fritz Haber, os pesquisadores reduziram enormemente o tempo de comutação para apenas 100 femtossegundos, disparando pulsos de laser a³ptico ultracurto em seu material escolhido, um cristal semimeta¡lico composto de a¡tomos de tungstaªnio e telaºrio. O brilho da luz no cristal o encoraja a reorganizar sua estrutura eletra´nica interna, o que também altera a condutividade do cristal. Além disso, os cientistas foram capazes de observar exatamente como sua estrutura eletra´nica mudou.

"Usamos um novo instrumento para tirar fotos da transição em cada etapa do caminho", explica o Dr. Samuel Beaulieu, que trabalhou como pa³s-doutorado com Ralph Ernstorfer no Fritz-Haber-Institut (2018-2020) e que agora éPesquisador permanente do Centre Lasers Intenses et Applications (CELIA) do CNRS-Bordeaux University. “Este éum progresso incra­vel - costuma¡vamos saber apenas como ficava a estrutura eletra´nica do material depois, mas nunca durante a transição”, acrescenta. Além disso, a modelagem de ponta deste novo processo pelo Dr. Nicolas Tancogne-Dejean, Dr. Michael Sentef e Prof. Dr. Angel Rubio do Instituto Max Planck para a Estrutura e Dina¢mica da Matanãria revelou a origem deste novo tipo de transição eletra´nica ultrarrápida. O pulso de laser incidindo sobre os materiais muda a maneira como os elanãtrons interagem uns com os outros. Essa éa força motriz dessa transição exa³tica, conhecida como transição Lifshitz.

Este manãtodo deve gerar uma grande quantidade de conhecimento sobre possa­veis materiais futuros de transistores. O fato de que a luz pode impulsionar transições eletra´nicas ultrarrápidas éum primeiro passo para uma tecnologia ainda mais rápida e eficiente.

O estudo foi publicado na Science Advances .