A superfície de um material geralmente tem propriedades que são muito diferentes das propriedades do material. Por exemplo, um cristal não condutor, que realmente não exibe magnetismo, pode mostrar magnetização restrita à sua superfície devido à maneira como os átomos estão dispostos ali. Essas propriedades distintas em interfaces e superfícies de materiais frequentemente desempenham um papel fundamental no desenvolvimento de novos componentes funcionais, como chips optoeletrônicos ou sensores e, portanto, estão sujeitas a extensas pesquisas. Uma equipe de pesquisa internacional da Universidade de Göttingen, o Instituto Max Planck de Química Biofísica de Göttingen e o National Research Council Canada agora conseguiram investigar as superfícies de cristais transparentes usando irradiação poderosa de lasers. Os resultados do estudo foram publicados na revista Nature Communications .

Os pesquisadores descrevem seu método, que se baseia puramente na luz, para determinar propriedades elétricas e magnéticas em superfícies. Este novo método pode desempenhar um papel importante na investigação de transparência, materiais não condutores, como métodos estabelecidos usando elétrons, muitas vezes experimentam limitações experimentais devido à baixa condutividade, entre outras dificuldades. O uso da luz ajuda a contornar essas limitações:quando os raios de luz atingem a superfície do material, por exemplo, um painel de vidro, eles são refletidos na interface, refratado e absorvido pelo material. Esses efeitos, que pode ser observada na vida cotidiana, são o resultado da interação do campo de luz fraca com os átomos e elétrons do material irradiado. No caso de campos de luz mais fortes, que são obtidos com lasers, outros efeitos ocorrem, que pode, por exemplo, gerar frequências de luz mais altas - conhecidas como radiação de alta harmônica. Esses efeitos são frequentemente dependentes da direção da oscilação do campo de luz em relação ao arranjo atômico no material.

"Aproveitamos essa dependência ao gerar radiação de alta harmônica para obter insights sobre as propriedades na e próximo à superfície de materiais transparentes, "diz o primeiro autor e estudante de Ph.D. Tobias Heinrich da Faculdade de Física da Universidade de Göttingen." O campo de luz que usamos é composto de dois pulsos de laser girando em direções opostas em duas frequências diferentes, e isso resulta em um campo simétrico em forma de trevo. "Esses campos de luz feitos sob medida podem ser adaptados ao arranjo atômico do material para controlar a geração dos harmônicos elevados.

"Mostramos que este controle pode ser usado para estudar a magnetização na superfície do óxido de magnésio, "explica o Dr. Murat Sivis, o líder do estudo. Dependendo da direção de rotação do campo de luz - também chamado de quiralidade - a luz ultravioleta gerada é absorvida em diferentes graus na interface. "Para vários materiais que não apresentam magnetização ou condutividade elétrica, essas propriedades na superfície foram previstas em teoria, "Sivis disse." Em nosso estudo, mostramos que agora é possível investigar tais fenômenos usando apenas métodos ópticos, provavelmente mesmo em escalas de tempo muito curtas. "Os pesquisadores também esperam obter novos insights sobre as propriedades eletrônicas de outros materiais quirais, como mostra o estudo usando o exemplo da estrutura cristalina helicoidal de quartzo. A sensibilidade a fenômenos quirais em superfícies pode potencialmente abrir novas oportunidades para pesquisas em materiais funcionais inovadores.