La luz se puede utilizar no solo para medir las propiedades de los materiales, sino también para cambiarlos. Especialmente interesantes son aquellos casos en los que se puede modificar la función de un material, como su capacidad para conducir electricidad o almacenar información en su estado magnético. Un equipo dirigido por Andrea Cavalleri del Instituto Max Planck para la Estructura y Dinámica de la Materia en Hamburgo ha utilizado pulsos de luz de frecuencia de terahercios para transformar un material no ferroeléctrico en uno ferroeléctrico.

La ferroelectricidad es un estado en el que la red constituyente está polarizada en una dirección específica, formando una polarización eléctrica macroscópica. La capacidad de invertir la polarización hace que los materiales ferroeléctricos sean particularmente adecuados para la codificación y el procesamiento de información digital. El descubrimiento de un ferroeléctrico inducido por luz es muy relevante para una nueva generación de dispositivos de alta velocidad, y se presenta hoy en la revista Ciencias .

Los materiales complejos son especiales porque sus propiedades macroscópicas inusuales están determinadas por muchas tendencias en competencia. A diferencia de los compuestos más convencionales, como los cristales de silicio que componen los dispositivos electrónicos actuales, en materiales complejos se encuentra que más de un tipo de interacción microscópica favorece más de una posible fase macroscópica.

Tal competencia conduce entonces a un compromiso, pero uno que no es único y que a menudo se encuentra en un precario equilibrio. Por eso, perturbaciones moderadas, por ejemplo, irradiar uno de esos materiales con luz, puede inducir cambios radicales en las propiedades del sólido.

Los pulsos de láser de terahercios ultracortos son especialmente útiles porque se acoplan directamente a la red cristalina y pueden deformar las disposiciones atómicas a altas velocidades. Se ha demostrado en el pasado que la excitación coherente de las vibraciones reticulares provoca cambios en las propiedades eléctricas o disposiciones magnéticas en varios materiales complejos. incluidos los superconductores.

En su última investigación, los científicos describen cómo indujeron un orden ferroeléctrico en un material, una propiedad de los sólidos que puede ser muy relevante para las aplicaciones. La ferroelectricidad describe la alineación espontánea de dipolos eléctricos, lo que conduce a una polarización macroscópica similar a la magnetización en un ferromaimán. Generalmente, la ferroelectricidad solo ocurre en una clase limitada de materiales; sin embargo, el grupo de Hamburgo ha descubierto que incluso los materiales no ferroeléctricos pueden ser forzados a entrar en una fase ferroeléctrica por la luz.

El titanato de estroncio (STO) es paraeléctrico a todas las temperaturas y nunca se desarrolla un orden ferroeléctrico de largo alcance. Sobre vibraciones excitantes en STO por luz, los investigadores observaron características en sus respuestas ópticas y eléctricas típicas de la ferroelectricidad. El origen de este sorprendente efecto radica en la naturaleza no lineal de la red cristalina. El fonón impulsado entrega parte de su energía en forma de presión al sólido, resultando en una deformación estructural que varía espacialmente dentro del área excitada. En estas condiciones, se puede activar una propiedad del material llamada flexoelectricidad, resultando en una polarización macroscópica. Sorprendentemente, Se descubrió que el estado fotoinducido sobrevivía durante horas después de ser creado, mostrando que el material pasó a una nueva fase cuasi estable.

"La capacidad de inducir y controlar estados ferroeléctricos con luz en escalas de tiempo ultrarrápidas podría proporcionar la base para tecnologías de próxima generación", dice Tobia Nova, primer autor del artículo. Los materiales ferroeléctricos ya son el núcleo de los dispositivos en desarrollo, que explotan su polarización espontánea para hacer chips de memoria estables o computadoras "siempre encendidas". Debido a que la fase ferroeléctrica inducida por luz demostrada en el experimento de Hamburgo opera a frecuencias de terahercios, Se podrían imaginar dispositivos electroópticos que funcionen a velocidades tan altas. Es más, Dado que la flexoelectricidad es una propiedad material común, la capacidad de inducir polarizaciones flexoeléctricas ultrarrápidas se extiende mucho más allá del ejemplo específico de STO. Finalmente, porque STO se utiliza habitualmente como sustrato en heteroestructuras complejas, el acceso óptico a polarizaciones flexoeléctricas debería encontrar amplias aplicaciones en la manipulación de fenómenos colectivos en interfaces.