La superficie de un material a menudo tiene propiedades que son muy diferentes de las propiedades dentro del material. Por ejemplo, un cristal no conductor, que en realidad no exhibe magnetismo, puede mostrar magnetización restringida a su superficie debido a la forma en que los átomos están dispuestos allí. Estas propiedades distintas en las interfaces y superficies de los materiales a menudo juegan un papel clave en el desarrollo de nuevos componentes funcionales como chips o sensores optoelectrónicos y, por lo tanto, están sujetas a una extensa investigación. Un equipo de investigación internacional de la Universidad de Göttingen, el Instituto Max Planck de Química Biofísica de Göttingen y el Consejo Nacional de Investigación de Canadá ahora han logrado investigar las superficies de cristales transparentes utilizando poderosa irradiación de láseres. Los resultados del estudio fueron publicados en la revista Comunicaciones de la naturaleza .

Los investigadores describen su método, que se basa exclusivamente en la luz, para determinar propiedades eléctricas y magnéticas en superficies. Este nuevo método podría desempeñar un papel importante en la investigación de transparencias, materiales no conductores, Como los métodos establecidos que utilizan electrones a menudo experimentan limitaciones experimentales debido a la baja conductividad, entre otras dificultades. El uso de la luz ayuda a sortear estas limitaciones:cuando los rayos de luz inciden en la superficie de un material, por ejemplo un cristal, se reflejan en la interfaz, refractado y absorbido en el material. Estos efectos, que se puede observar en la vida cotidiana, son el resultado de la interacción del campo de luz débil con los átomos y electrones del material irradiado. En el caso de campos de luz más fuertes, que se consiguen con láser, ocurren más efectos, que puede, por ejemplo, generan frecuencias de luz más altas, conocidas como radiación armónica alta. Estos efectos a menudo dependen de la dirección de oscilación del campo de luz en relación con la disposición atómica en el material.

"Aprovechamos esta dependencia cuando generamos radiación armónica alta para obtener información sobre las propiedades en y cerca de la superficie de los materiales transparentes, "dice el primer autor y estudiante de doctorado Tobias Heinrich de la Facultad de Física de la Universidad de Göttingen." El campo de luz que usamos está compuesto por dos pulsos de láser que giran en direcciones opuestas a dos frecuencias diferentes, y esto da como resultado un campo simétrico en forma de hoja de trébol ”. Estos campos de luz hechos a medida se pueden adaptar a la disposición atómica del material para controlar la generación de armónicos altos.

"Demostramos que este control se puede utilizar para estudiar la magnetización en la superficie del óxido de magnesio, "explica el Dr. Murat Sivis, el líder del estudio. Dependiendo de la dirección de rotación del campo de luz, también llamada quiralidad, la luz ultravioleta generada se absorbe en diferentes grados en la interfaz. "Para varios materiales que en realidad no exhiben magnetización o conductividad eléctrica, estas propiedades en la superficie se han predicho en teoría, ", Dijo Sivis." En nuestro estudio, mostramos que ahora es posible investigar tales fenómenos utilizando solo métodos ópticos, probablemente incluso en escalas de tiempo muy cortas ". Los investigadores también esperan obtener nuevos conocimientos sobre las propiedades electrónicas de otros materiales quirales, como muestra el estudio usando el ejemplo de la estructura cristalina helicoidal del cuarzo. La sensibilidad a los fenómenos quirales en las superficies podría abrir nuevas oportunidades para la investigación de materiales funcionales innovadores.