Físicos da Suíça, Alemanha, e a França descobriram que ondas acústicas de grande amplitude, lançado por pulsos de laser ultracurtos, pode manipular dinamicamente a resposta óptica de semicondutores.

Um dos principais desafios na pesquisa da ciência dos materiais é alcançar alta sintonia das propriedades ópticas dos semicondutores à temperatura ambiente. Essas propriedades são governadas por "excitons, "que são pares ligados de elétrons negativos e buracos positivos em um semicondutor.

Excitons têm se tornado cada vez mais importantes na optoeletrônica e nos últimos anos testemunhou um aumento na busca por parâmetros de controle - temperatura, pressão, campos elétricos e magnéticos - que podem ajustar as propriedades excitônicas. Contudo, mudanças moderadamente grandes só foram alcançadas em condições de equilíbrio e em baixas temperaturas. Mudanças significativas na temperatura ambiente, que são importantes para aplicativos, têm faltado até agora.

Isso agora acaba de ser alcançado no laboratório de Majed Chergui na EPFL dentro do Lausanne Center for Ultrafast Science, em colaboração com os grupos teóricos de Angel Rubio (Instituto Max-Planck, Hamburgo) e Pascal Ruello (Université de Le Mans). Publicando em Avanços da Ciência , o time internacional mostra, pela primeira vez, controle de propriedades excitônicas usando ondas acústicas. Para fazer isso, os pesquisadores lançaram uma alta frequência (centenas de gigahertz), onda acústica de grande amplitude em um material que usa pulsos de laser ultracurtos. Esta estratégia permite ainda a manipulação dinâmica das propriedades do exciton em alta velocidade.

Este resultado notável foi alcançado com dióxido de titânio em temperatura ambiente, um semicondutor barato e abundante que é usado em uma ampla variedade de tecnologias de conversão de energia de luz, como fotovoltaica, fotocatálise, e substratos condutores transparentes.

"Nossas descobertas e a descrição completa, oferecemos perspectivas muito interessantes para aplicações como dispositivos acústico-ópticos baratos ou em tecnologia de sensor para deformação mecânica externa, "diz Majed Chergui." O uso de ondas acústicas de alta frequência, como aqueles gerados por pulsos de laser ultracurtos, como esquemas de controle de excitons pavimentam uma nova era para acusto-excitônicos e excitônicos ativos, análogo a plasmônicos ativos, que explora as excitações de plasmon de metais. "

"Esses resultados são apenas o começo do que pode ser explorado com o lançamento de ondas acústicas de alta frequência em materiais, "acrescenta Edoardo Baldini, o autor principal do artigo que está atualmente no MIT. "Esperamos usá-los no futuro para controlar as interações fundamentais que governam o magnetismo ou desencadear novas transições de fase em sólidos complexos."