p Como a cor da luz laser pode ser alterada? Um método popular para conseguir isso é o chamado efeito de geração de segundo harmônico (SHG), que dobra a frequência da luz e, portanto, muda sua cor. Contudo, observar este efeito não linear requer um cristal polar no qual a simetria de inversão é quebrada. Por esta razão, identificar cristais que podem eliciar SHG forte é um importante tópico de pesquisa com aplicações em ciência de materiais. p A observação de fenômenos ópticos não lineares como SHG requer uma susceptibilidade elétrica finita de segunda ordem, que ocorre dentro de qualquer estrutura polar sem simetria de inversão e luz laser forte ou pulsos. No BiCoO3 de óxido de cobalto do tipo perovskita usado neste trabalho, um deslocamento apical de oxigênio ao longo do eixo c e uma pirâmide Co-O5 estão presentes na célula unitária, resultando em quebra de simetria e uma grande polarização espontânea em temperatura ambiente. Para o pulso de laser, a forte onda eletromagnética com um campo elétrico de até ~ 1 MV / cm na região de energia THz foi desenvolvida por Hideki Hirori e sua equipe no iCeMS e foi usada para obter controle ultrarrápido do comportamento não linear do BiCoO3.

p Yoichi Okimoto do Instituto de Tecnologia de Tóquio e colegas estavam especificamente interessados ​​em entender como a intensidade de SHG do cristal BiCoO3 muda quando irradiado com um THz (ou seja, infravermelho distante) pulso de laser em temperatura ambiente. Notavelmente, um aumento sem precedentes de SHG em mais de 50% foi observado, indicando que o emprego de luz laser THz desta forma pode melhorar significativamente a figura de mérito de cristais não lineares. Além disso, este efeito ocorre na escala de tempo de 100 femtossegundos (10-13 s), sugerindo possível aplicação a dispositivos optoeletrônicos ultrarrápidos.

p Mecanicamente, o aumento ultrarrápido do segundo sinal harmônico pode ser entendido em termos de transições d-d dos estados ocupado para o desocupado que existem em torno da ampla banda de energia do pulso THz aplicado. Os elétrons fotoexcitados alongam os átomos de oxigênio apicais das pirâmides Co-O5 na estrutura cristalina via acoplamento elétron-fônon, aumentando assim sua estrutura polar (e, portanto, susceptibilidade elétrica de segunda ordem).

p Investigações futuras do estado fotoexcitado de BiCoO3 e outros materiais de óxidos polares considerarão respostas ópticas não lineares de ordem superior, bem como medições estruturais ultrarrápidas usando o pulso THz para elucidar detalhes mecanísticos adicionais desses materiais fascinantes.