En las últimas décadas, las computadoras se han vuelto cada vez más rápidas y los discos duros y los chips de almacenamiento han alcanzado enormes capacidades. Pero esta tendencia no puede continuar para siempre: ya estamos corriendo contra límites físicos que impedirán que la tecnología informática basada en silicio alcanceA partir de este momento, las ganancias de velocidad son impresionantes. Los investigadores son particularmente optimistas de que la próxima era de avances tecnológicos comenzará con el desarrollo de nuevos materiales y tecnologías de procesamiento de información que combinen circuitos eléctricos con ópticos. Utilizando pulsos láser cortos, un equipo de investigación dirigido porMisha Ivanov, del Instituto Max Born en Berlín, junto con científicos del Centro Cuántico Ruso en Moscú, ahora han arrojado luz sobre los procesos extremadamente rápidos que tienen lugar dentro de estos nuevos materiales. Sus resultados han aparecido en la revista Fotónica de la naturaleza .
De particular interés para la investigación moderna de materiales en física de estado sólido son los "sistemas fuertemente correlacionados", llamados así por las fuertes interacciones entre los electrones en estos materiales. Los imanes son un buen ejemplo de esto: los electrones en los imanes se alinean en una forma preferidadirección del giro dentro del material, y esto es lo que produce el campo magnético. Pero hay otros órdenes estructurales completamente diferentes que merecen atención. En los llamados aisladores Mott, por ejemplo, una clase de materiales que ahora se investigan intensamente, los electronesdebe fluir libremente y, por lo tanto, los materiales deben poder conducir la electricidad y los metales, pero la interacción mutua entre electrones en estos materiales fuertemente correlacionados impide su flujo y, por lo tanto, los materiales se comportan como aislantes.
Al interrumpir este orden con un pulso láser fuerte, se puede hacer que las propiedades físicas cambien dramáticamente. Esto se puede comparar con una transición de fase de sólido a líquido: a medida que el hielo se derrite, por ejemplo, los cristales rígidos de hielo se transforman en flujo libremoléculas de agua. De manera muy similar, los electrones en un material fuertemente correlacionado se vuelven libres para fluir cuando un pulso láser externo fuerza una transición de fase en su orden estructural. Estas transiciones de fase deberían permitirnos desarrollar elementos de conmutación completamente nuevos para la electrónica de próxima generación que sonmás rápido y potencialmente más eficiente energéticamente que los transistores actuales. En teoría, las computadoras podrían fabricarse alrededor de mil veces más rápido al "cargar turbo" sus componentes eléctricos con pulsos de luz.
El problema al estudiar estas transiciones de fase es que son extremadamente rápidas y, por lo tanto, es muy difícil "atraparlas en el acto". Hasta ahora, los científicos han tenido que contentarse con caracterizar el estado de un material antes y después de untransición de fase de este tipo. Sin embargo, los investigadores Rui EF Silva, Olga Smirnova y Misha Ivanov del Instituto Max Born de Berlín, ahora han ideado un método que, en el sentido más real, arrojará luz sobre el proceso. Su teoría implica disparar extremadamentepulsos de láser cortos y personalizados en un material: pulsos que solo se pueden producir recientemente con la calidad adecuada dados los últimos desarrollos en láser. Luego se observa la reacción del material a estos pulsos para ver cómo los electrones en el material se excitan en movimiento y, como una campana, emiten vibraciones resonantes a frecuencias específicas, como armónicos de la luz incidente.
"Al analizar este espectro armónico alto, podemos observar el cambio en el orden estructural en estos materiales fuertemente correlacionados 'en vivo' por primera vez", dice el primer autor del artículo Rui Silva del Instituto Max Born. Fuentes de láser capacesde desencadenar de forma selectiva estas transiciones solo ha estado disponible desde hace muy poco tiempo. Los pulsos de láser tienen que ser muy fuertes y extremadamente cortos, del orden de femtosegundos de duración millonésimas de billonésima de segundo.
En algunos casos, solo se necesita una sola oscilación de luz para interrumpir el orden electrónico de un material y convertir un aislante en un conductor similar a un metal. Los científicos del Instituto Berlin Max Born están entre los principales expertos mundiales en el campode pulsos láser ultracortos.
"Si queremos usar la luz para controlar las propiedades de los electrones en un material, entonces necesitamos saber exactamente cómo reaccionarán los electrones a los pulsos de luz", explica Ivanov. Con las fuentes láser de última generación, que permiten un control totalsobre el campo electromagnético, incluso hasta una sola oscilación, el método recientemente publicado permitirá una visión profunda de los materiales del futuro.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Forschungsverbund Berlin . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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