Entender o que acontece dentro de um material quando ele 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 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 Instituto Max Planck para a Estrutura e Dinâmica da Matéria e o Instituto de Fotônica e Nanotecnologia (Cnr-Ifn), investigou o comportamento de diamantes monocrystallinos submetidos a pulsos de luz com duração de poucos attossegundos (bilionésimos de bilionésimo de segundo), utilizando uma técnica avançada chamada espectroscopia de reflexão transiente em escala de attossegundos.
Ao comparar dados experimentais com simulações numéricas de última geração, 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 atribuídas até então apenas ao movimento de cargas reais.
“Nosso trabalho mostra que a excitação de portadores virtuais, que se desenvolve em poucos bilionésimos de bilionésimo 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 fundamental no desenvolvimento de tecnologias ultrarrápidas em eletrônica”, acrescenta Rocío Borrego Varillas, pesquisadora do CNR-IFN.
O progresso alcançado oferece novas perspectivas para a criação de dispositivos ópticos ultrarrápidos, como chaves e moduladores capazes de operar em frequências de petahertz, mil vezes mais rápidos que os dispositivos eletrônicos atuais. Isso requer uma compreensão profunda tanto do comportamento de cargas reais quanto de cargas virtuais, como demonstrado por este estudo.
A pesquisa foi realizada no Centro de Pesquisa em Attosegundos (ARC) do Politecnico di Milano, no âmbito dos projetos europeus e nacionais ERC AuDACE (Dinâmica de Attosegundos em Materiais Avançados) e MIUR FARE PHorTUNA (Dinâmicas de Transição de Fase Ultrafast em isolantes de Mott).
