Un equipo internacional de investigadores ha presentado nuevas ideas para la espectroscopia multidimensional ultrarrápida de sólidos fuertemente correlacionados. Su trabajo está publicado en Nature Photonics.
En el equipo participaron investigadores del XFEL europeo y colegas del Instituto Max Born de Berlín, las universidades de Berlín y Hamburgo, la Universidad de Tokio, el Instituto Nacional Japonés de Ciencia y Tecnología Industrial Avanzada (AIST), la Universidad Radboud holandesa y el Imperial College. Londres y el Centro de Imágenes Ultrarrápidas de Hamburgo.
"Los sólidos fuertemente correlacionados son sistemas cuánticos complejos y fascinantes en los que a menudo surgen nuevos estados electrónicos, especialmente cuando interactúan con la luz", afirma Alexander Lichtenstein de la Universidad de Hamburgo y Eu-XFEL.
Los materiales fuertemente correlacionados, que incluyen superconductores de alta temperatura, ciertos tipos de materiales magnéticos y materiales cuánticos retorcidos, entre otros, desafían nuestra comprensión fundamental del microcosmos y ofrecen oportunidades para muchas aplicaciones interesantes que van desde la ciencia de los materiales hasta el procesamiento de información y la medicina:por Por ejemplo, los escáneres de resonancia magnética utilizan superconductores.
Por eso es muy importante comprender la jerarquía y la interacción de los diversos estados electrónicos que surgen en materiales fuertemente correlacionados. Al mismo tiempo, desafía nuestras herramientas experimentales y teóricas, porque las transformaciones entre estos estados a menudo están asociadas con transiciones de fase.
Las transiciones de fase son transformaciones que no se desarrollan suavemente de una etapa a la siguiente, sino que pueden ocurrir repentina y rápidamente, en particular cuando el material interactúa con la luz.
¿Cuáles son las vías de flujo de carga y energía durante tal transición? ¿Qué tan rápido ocurre? ¿Se puede utilizar la luz para controlarlo y esculpir las correlaciones electrónicas? ¿Puede la luz llevar el material a un estado en el que no se encontraría en circunstancias habituales?
Estos son los tipos de preguntas que pueden abordarse con dispositivos potentes y sensibles como láseres de rayos X, como el XFEL europeo en Schenefeld, cerca de Hamburgo, y con las modernas herramientas ópticas de la ciencia de los attosegundos (1 attosegundo =10 -18 segundo. En un attosegundo, la luz viaja menos de una millonésima de milímetro).
En su trabajo, el equipo internacional presenta ahora un enfoque completamente nuevo que permite monitorear y descifrar el movimiento de carga ultrarrápido provocado por un pulso láser corto que ilumina un sistema fuertemente correlacionado. Han desarrollado una variante de espectroscopia multidimensional ultrarrápida, aprovechando el control de attosegundos de cómo se suman múltiples colores de luz para formar un pulso láser ultracorto.
La resolución temporal de subciclo que ofrece esta espectroscopia muestra la compleja interacción entre las diferentes configuraciones electrónicas y demuestra que una transición de fase de un estado metálico a un estado aislante puede tener lugar en menos de un femtosegundo, es decir, en menos de una billonésima de segundo.
"Nuestros resultados abren una vía para investigar e influir específicamente en procesos ultrarrápidos en materiales fuertemente correlacionados, que va más allá de los métodos anteriores", afirma Olga Smirnova del Instituto Max Born y la TU de Berlín, ganadora del premio Mildred Dresselhaus del Centro de Imágenes Ultrarrápidas de Hamburgo. . "De este modo hemos desarrollado una herramienta clave para acceder a nuevos fenómenos ultrarrápidos en sólidos correlacionados."
Más información: Espectroscopía multidimensional de subciclo de materiales fuertemente correlacionados, Nature Photonics (2024). DOI:10.1038/s41566-023-01371-1
Información de la revista: Fotónica de la naturaleza
Proporcionado por el Instituto Max Born de Óptica No Lineal y Espectroscopia de Pulso Corto (MBI)
