Fisici dalla Svizzera, Germania, e la Francia hanno scoperto che le onde acustiche di grande ampiezza, lanciato da impulsi laser ultracorti, può manipolare dinamicamente la risposta ottica dei semiconduttori.

Una delle principali sfide nella ricerca sulla scienza dei materiali è ottenere un'elevata sintonizzabilità delle proprietà ottiche dei semiconduttori a temperatura ambiente. Queste proprietà sono regolate da "eccitoni, " che sono coppie legate di elettroni negativi e lacune positive in un semiconduttore.

Gli eccitoni sono diventati sempre più importanti nell'optoelettronica e negli ultimi anni si è assistito a un'impennata nella ricerca di parametri di controllo:temperatura, pressione, campi elettrici e magnetici, che possono regolare le proprietà eccitoniche. Però, variazioni moderatamente grandi sono state ottenute solo in condizioni di equilibrio e a basse temperature. Cambiamenti significativi a temperatura ambiente, importanti per le applicazioni, sono mancati finora.

Questo è stato appena raggiunto nel laboratorio di Majed Chergui all'EPFL all'interno del Centro per la scienza ultraveloce di Losanna, in collaborazione con i gruppi teorici di Angel Rubio (Istituto Max-Planck, Amburgo) e Pascal Ruello (Université de Le Mans). Pubblicazione in Progressi scientifici , la squadra internazionale mostra, per la prima volta, controllo delle proprietà eccitoniche mediante onde acustiche. Per fare questo, i ricercatori hanno lanciato un'alta frequenza (centinaia di gigahertz), onda acustica di grande ampiezza in un materiale che utilizza impulsi laser ultracorti. Questa strategia consente inoltre la manipolazione dinamica delle proprietà degli eccitoni ad alta velocità.

Questo notevole risultato è stato raggiunto su biossido di titanio a temperatura ambiente, un semiconduttore economico e abbondante che viene utilizzato in un'ampia varietà di tecnologie di conversione dell'energia luminosa come il fotovoltaico, fotocatalisi, e substrati conduttivi trasparenti.

"I nostri risultati e la descrizione completa che offriamo aprono prospettive molto interessanti per applicazioni come dispositivi acusto-ottici economici o nella tecnologia dei sensori per sollecitazioni meccaniche esterne, " dice Majed Chergui. "L'uso di onde acustiche ad alta frequenza, come quelli generati da impulsi laser ultracorti, poiché gli schemi di controllo degli eccitoni aprono una nuova era per l'acusto-eccitonica e l'eccitonica attiva, analogo alla plasmonica attiva, che sfrutta le eccitazioni plasmoniche dei metalli."

"Questi risultati sono solo l'inizio di ciò che può essere esplorato lanciando onde acustiche ad alta frequenza nei materiali, "aggiunge Edoardo Baldini, l'autore principale dell'articolo che è attualmente al MIT. "Ci aspettiamo di usarli in futuro per controllare le interazioni fondamentali che governano il magnetismo o innescare nuove transizioni di fase in solidi complessi".