La técnica para generar alta intensidad, pulsos ópticos ultracortos desarrollados por los ganadores del Premio Nobel de Física 2018, Profesor Gérard Mourou y Dra. Donna Strickland, proporciona la base para importantes enfoques científicos utilizados en la investigación de Swinburne.

ARC Center of Excellence for Future Low Energy Electronics Technologies (FLEET) Investigador jefe en Swinburne, Profesor asociado Jeff Davis, utiliza pulsos de láser de solo unas cuatrillones de segundo de duración para investigar novedades, materiales complejos que podrían utilizarse en la futura electrónica de baja energía.

El campo de estudio es la espectroscopia ultrarrápida de 'femtosegundos':un femtosegundo es una millonésima de mil millonésima de segundo.

"Estos pulsos de duración extremadamente corta son necesarios para medir la evolución de partículas subatómicas como los electrones, "explica el profesor asociado Davis.

"Cuando desee medir la rapidez con que se mueve algo, necesitas una pistola de arranque para poner las cosas en marcha y algo para detener el reloj.

"En una carrera de 100 metros, esto es sencillo porque el tiempo que se tarda en correr 100 metros es lento en comparación con la rapidez con la que se pueden presionar los botones de un cronómetro.

"Pero cuando quieres medir la evolución precisa de los electrones, que pueden cambiar sus propiedades o su estado en femtosegundos, necesitas poder iniciar y detener el reloj mucho, mucho mas rápido. Usamos pulsos de láser de femtosegundos para lograr esto ".

Swinburne tiene la mayor concentración de sistemas láser ultrarrápidos en el hemisferio sur, muchos confiando en la técnica desarrollada por el Dr. Strickland y el Profesor Mourou. De hecho, Swinburne fue el primer laboratorio en Australia en instalar uno de estos sistemas láser amplificados, en 1998, para proporcionar una comprensión fundamental de materiales novedosos.

Amplificación de pulso chirrido

El desarrollo de la amplificación de pulso chirrido (CPA) por el profesor Mourou y el Dr. Strickland ha permitido descubrimientos científicos en varios campos.

CPA permite que se produzcan pulsos de alta energía cada microsegundo, un millón de pulsos por segundo, lo que significa que las mediciones de espectroscopía se pueden realizar en un tiempo razonable. permitiendo que se adquieran datos suficientes para minimizar los niveles de ruido en señales débiles.

Esto también hace posible variar diferentes parámetros de control para construir una imagen completa de los factores importantes que afectan la dinámica y los mecanismos del proceso específico de interés.

La energía extremadamente alta del pulso láser asegura que los procesos no lineales sean eficientes. Esto permite a los investigadores 'sintonizar' la longitud de onda, producir luz láser a través del espectro electromagnético, desde el infrarrojo lejano, a través de la luz visible, rayos ultravioleta e incluso rayos X.

Probar propiedades y forzar estados temporales en FLEET

Además de sondear materiales novedosos y complejos, estos de alta energía, Se pueden utilizar pulsos de láser ultracortos para controlar las propiedades de estos materiales, e incluso llevarlos a cambiar de estado, convirtiéndose en nuevos estados cuánticos de la materia.

"En FLEET, estamos desarrollando formas de cambiar los materiales bidimensionales de ser aislantes triviales a lo que se conoce como aislantes topológicos, y de regreso, "explica el profesor asociado Davis.

Los aislantes topológicos son un estado relativamente nuevo de la materia, reconocido por el Premio Nobel de Física 2016, que no conducen electricidad por su interior, sino que la corriente eléctrica puede fluir alrededor de los bordes sin resistencia, y por tanto sin pérdida de energía.

FLEET aprovechará esta propiedad única para desarrollar una nueva generación de dispositivos electrónicos topológicos que no desperdicien energía al cambiar.

La tecnología propuesta también podría cambiar mucho más rápido que la actual, electrónica basada en silicio.

"Los pulsos de láser ultrarrápidos permiten un control exquisito sobre las propiedades del material, dándonos el potencial para una conmutación ultrarrápida, "dice el profesor asociado Davis.

"Este control exquisito y nuestra medición ultrarrápida de la dinámica nos permitirán comprender completamente estas transiciones de fase, permitiéndonos optimizar su control en futuros dispositivos.

"Entonces, es ciencia fundamental, pero con una aplicación inmediata, "explica el profesor asociado Davis.

"Estos experimentos mejoran nuestra comprensión fundamental de las transiciones de fase topológica, y utilizamos este conocimiento en nuestras investigaciones de futuras energías ultrabajas, electrónica de base topológica ".