Investigadores de la Universidad de Cornell han realizado un avance significativo en el campo de la ingeniería de materiales al demostrar que, mediante pulsos ultrarrápidos de luz infrarroja de baja frecuencia, es posible inducir una expansión y contracción atómica en películas delgadas. Este fenómeno, denominado «respiración» del material, podría ser aprovechado para activar y desactivar rápidamente propiedades electrónicas, magnéticas u ópticas de los materiales.
Un enfoque innovador en la manipulación de materiales
La manipulación de las propiedades de los materiales mediante la aplicación de tensión es un método comúnmente utilizado en la ciencia de los materiales. Sin embargo, la utilización de la luz para este fin ha sido menos explorada. Según Nicole Benedek, profesora asociada de ciencia e ingeniería de materiales y co-líder del proyecto, el estudio de la interacción de la luz con los materiales es un campo complejo y poco comprendido a nivel detallado.
Benedek utilizó teorías computacionales para predecir la frecuencia óptima de la luz y otros parámetros experimentales que, combinados con el material adecuado, permitirían lograr una tensión «dinámica» que pudiera ser revertida. A diferencia de los métodos tradicionales que fijan la tensión de un material una vez sintetizado, esta nueva técnica permite que la tensión cambie brevemente y luego se disipe.
Los investigadores lograron la deformación deseada al disparar ráfagas de luz terahercios en picosegundos, que operan a una frecuencia baja similar a la de los fonones, vibraciones de la red cristalina que se propagan a través de los materiales como ondas sonoras.
Darrell Schlom, profesor de la Universidad de Tisch en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, sintetizó el material elegido: el aluminato de lantano, que, aunque no presenta propiedades llamativas en su estado normal, resultó ser un objeto de estudio interesante para el equipo.
La combinación de teoría, síntesis y caracterización ha permitido a los investigadores entender cómo interactúa la luz con esta familia de materiales de óxido complejo, accediendo a propiedades que no son posibles con métodos estándar. El análisis posterior confirmó que los pulsos de luz terahercios inducían la tensión previamente predicha, además de descubrir que el proceso mejoraba permanentemente la estructura del aluminato de lantano.
Los materiales tienen límites inherentes en cuanto a su capacidad para ser estirados y comprimidos. Sin embargo, el uso de luz de baja frecuencia abre nuevas oportunidades, como la posibilidad de alternar entre dos estados diferentes en un mismo material, lo que permitiría activar y desactivar propiedades electrónicas y magnéticas, así como inducir rearrangements estructurales necesarios para la superconductividad.
