Compreender o que acontece dentro de um material quando é atingido por pulsos de luz ultracurtos é um dos grandes desafios da física da matéria e da fotônica moderna. Um novo estudo publicado na Nature Photonics e liderado pelo Politecnico di Milano revela um aspecto até então negligenciado, mas essencial, a saber, a contribuição das cargas virtuais, portadores de carga que existem apenas durante a interação com a luz, mas que influenciam profundamente a resposta do material.
A pesquisa, realizada em parceria com a Universidade de Tsukuba, o Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter e o Instituto de Fotônica e Nanotecnologia (Cnr-Ifn), investigou o comportamento de diamantes monocristalinos submetidos a pulsos de luz com duração de alguns attosegundos (bilionésimos de bilionésimos de segundo), utilizando uma técnica avançada chamada espectroscopia de reflexão transiente em escala de attosegundos.
Ao comparar dados experimentais com simulações numéricas de ponta, os pesquisadores conseguiram isolar o efeito das chamadas transições verticais virtuais entre as bandas eletrônicas do material. Esse resultado muda a perspectiva sobre como a luz interage com sólidos, mesmo em condições extremas que antes eram atribuídas apenas ao movimento de cargas reais.
“Nosso trabalho mostra que a excitação de portadores virtuais, que se desenvolve em alguns bilionésimos de bilionésimos de segundo, é indispensável para prever corretamente a resposta óptica rápida em sólidos”, disse Matteo Lucchini, professor do Departamento de Física, autor sênior do estudo e associado do CNR-Ifn.
“Esses resultados marcam um passo crucial no desenvolvimento de tecnologias ultrarrápidas em eletrônica”, acrescenta Rocío Borrego Varillas, pesquisadora do CNR-IFN.
O progresso alcançado oferece novas perspectivas sobre a criação de dispositivos ópticos ultrarrápidos, como interruptores e moduladores capazes de operar em frequências de petahertz, mil vezes mais rápidos do que os dispositivos eletrônicos atuais. Isso requer uma compreensão profunda tanto do comportamento de cargas reais quanto das cargas virtuais, como demonstrado por este estudo.
A pesquisa foi realizada no Attosecond Research Center (ARC) do Politecnico di Milano, no âmbito dos projetos europeus e nacionais ERC AuDACE (Attosecond Dynamics in AdvanCed matErials) e MIUR FARE PHorTUNA (PHase Transition Ultrafast dyNAmics in Mott insulators).
