18/04/2024 - 09:14
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El Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC) está a la cabeza de un estudio internacional que propone una nueva teoría para alterar las propiedades de materiales cristalinos mediante pulsos de luz intensos. Rui Silva y Álvaro Jiménez Galán han creado un método para modificar la simetría de estos materiales de forma extremadamente rápida.
Según los investigadores, este trabajo "abre la puerta a un control sin precedentes sobre los movimientos de los electrones en el interior de los materiales cristalinos", lo que permite "la utilización de nuevos grados de libertad cuánticos a velocidades extremadamente rápidas y, por consiguiente, el aumento en la velocidad y capacidad de procesamiento de la información".
La influencia de la simetría de los materiales cristalinos
Los materiales cristalinos se distinguen por su estructura altamente ordenada y sus relaciones de simetría. Estas simetrías están estrechamente ligadas a las propiedades electrónicas del material, por lo que su modificación posibilita la obtención de nuevas propiedades o la alteración de las existentes.
En su investigación, Rui Silva y Álvaro Jiménez Galán del ICMM-CSIC han desarrollado un método que permite "manipular la simetría de los materiales cristalinos de forma extremadamente rápida".
"Nosotros proponemos trabajar con un campo óptico que sea de la misma simetría que la estructura de nuestro material, para controlar las propiedades de simetría globales del sistema. De esta manera, se pueden cambiar las propiedades electrónicas del material en pocos femtosegundos (equivalente a la milbillonésima parte de un segundo)", argumentó Jiménez Galán, uno de los principales autores de ambos estudios.
Rotación del pulso de luz
"Al tener la misma simetría que el material, simplemente rotando el pulso de luz logramos alterar sus propiedades electrónicas", agregó Rui Silva, quien también es uno de los autores principales. Ambos científicos propusieron esta teoría hace algunos años y ahora se ha logrado demostrar experimentalmente. Para ello, se ha generado un pulso de luz potente que se desplaza a dos frecuencias distintas y que rotan en direcciones opuestas, creando así un pulso de luz con forma de trébol.
"El pulso puede rotar en femtosegundos", señaló Jiménez Galán, quien agregó que esas escalas "son significativas porque están asociadas al movimiento electrónico coherente. De este modo, las modificaciones en las propiedades del material preservan todas las propiedades cuánticas, lo cual es fundamental, por ejemplo, para la computación cuántica".
La Valletrónica
El estudio es "crucial" para el campo de la valletrónica, que se enfoca en los electrones que se desplazan a través de los valles formados en la estructura de bandas del cristal. Específicamente, se ha alcanzado "un control sin precedentes sobre la magnitud, la ubicación y la forma" de estos valles al aplicar esta técnica al nitruro de boro hexagonal monocapa (un material bidimensional).
“Al trabajar a frecuencias ópticas, estamos abriendo la puerta a la creación de dispositivos valletrónicos de materiales cristalinos que operen en escalas temporales donde la coherencia cuántica permanece", destacaron los científicos. También anticiparon que los próximos pasos de su investigación implican el uso de luz estructurada, "lo que permitiría la manipulación de las propiedades de los materiales cristalinos tanto en tiempo como en espacio".
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