Pesquisa revela forças ocultas em diamantes podem acelerar tecnologia 1.000x
Milão — InkDesign News — Pesquisadores do Politecnico di Milano, em colaboração com instituições internacionais, revelaram novos aspectos do comportamento da matéria sob pulsos ultracurtos de luz, destacando o papel fundamental das chamadas cargas virtuais. O estudo, publicado na revista Nature Photonics, representa um avanço relevante para o desenvolvimento de dispositivos ópticos ultrarrápidos.
O Contexto da Pesquisa
Compreender os fenômenos que ocorrem dentro dos materiais quando impactados por pulsos de luz de duração atoespacial é um dos desafios centrais da física da matéria e da fotônica moderna. Antes desse estudo, o foco principal da ciência recaía sobre a movimentação de cargas reais – elétrons efetivamente excitados do valence para a banda de condução – ignorando parcialmente as contribuições das chamadas cargas virtuais. Tais cargas existem apenas durante a interação com a luz, mas sua influência sobre a resposta óptica dos sólidos começava a ser suspeitada em pesquisas teóricas recentes.
Resultados e Metodologia
O estudo foi realizado em parceria com a University of Tsukuba, o Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter e o Instituto de Fotônica e Nanotecnologia (Cnr-Ifn). Os experimentos, conduzidos no Attosecond Research Center (ARC) do Politecnico di Milano, submeteram diamantes monocristalinos a pulsos de luz com duração de apenas alguns attossegundos – um bilionésimo de bilionésimo de segundo. Para analisar tais interações, os pesquisadores utilizaram espectroscopia transiente em escala atosegundo, uma técnica avançada que permite isolar e analisar eventos ultra-rápidos no interior dos sólidos.
“Nosso trabalho mostra que a excitação de portadores virtuais, que se desenvolve em alguns bilionésimos de bilionésimo de segundo, é indispensável para prever corretamente a resposta óptica rápida em sólidos.”
(“Our work shows that virtual carrier excitation, which develops in a few billionths of a billionth of a second, are indispensable to correctly predict the rapid optical response in solids.”)— Matteo Lucchini, Professor do Departamento de Física, Politecnico di Milano e CNR-Ifn
Combinando dados experimentais a simulações numéricas de última geração, os cientistas foram capazes de separar o efeito das chamadas transições verticais virtuais entre as bandas eletrônicas do material.
“Estes resultados marcam um passo fundamental no desenvolvimento de tecnologias ultrarrápidas em eletrônica.”
(“These results mark a key step in the development of ultra-fast technologies in electronics.”)— Rocío Borrego Varillas, Pesquisadora, CNR-IFN
Implicações e Próximos Passos
Segundo os autores, o avanço oferece novos horizontes para a criação de dispositivos ópticos ultrarrápidos, como chaves e moduladores capazes de operar em frequências de petahertz — mil vezes mais rápido que aparelhos eletrônicos de ponta atualmente. A compreensão detalhada tanto das cargas reais como das virtuais torna-se, assim, crucial para projetos de tecnologias quânticas, telecomunicações de alta velocidade, e futuras plataformas de computação óptica. O estudo, parte dos projetos europeus ERC AuDACE e MIUR FARE PHorTUNA, ressalta a importância da pesquisa fundamental para possibilitar futuras aplicações práticas em larga escala.
Nos próximos anos, os resultados abrem caminho para investigações semelhantes em outros materiais de interesse tecnológico, assim como para o desenvolvimento de estratégias experimentais ainda mais precisas. Novos métodos de manipulação de cargas virtuais poderão acelerar a transição rumo a dispositivos ópticos e eletrônicos que operem além dos limites atuais de velocidade e eficiência.
Fonte: (ScienceDaily – Ciência)
