La nueva teoría para modificar las características de materiales cristalinos con pulsos de luz intensos de los investigadores del Instituto de Ciencia de Materiales (ICMM-CSIC) de Madrid abre la puerta a un control de los movimientos de los electrones en su interior. Este hallazgo muestra el uso de nuevos grados de libertad cuánticos a escalas ultrarrápidas y, por tanto, al aumento de la velocidad y capacidad de procesamiento de información, pudiendo generar una nueva electrónica para los dispositivos.
Los materiales cristalinos se caracterizan por tener una estructura ordenada y con relaciones de simetría. Estas simetrías están íntimamente relacionadas con las propiedades electrónicas del material, por lo que modificarlas permite cambiar u obtener nuevas propiedades.
El ICMM-CSIC ha desarrollado un método para manipular la simetría de estos materiales de manera ultrarrápida. Los investigadores proponen trabajar con un campo óptico que sea de la misma simetría que la estructura del material, para controlar las propiedades de simetría globales del sistema.
De esta manera, se pueden cambiar las propiedades electrónicas del material en pocos femtosegundos (equivalente a la milbillonésima parte de un segundo). Para ello, se ha creado un pulso de luz potente que se mueve a dos frecuencias diferentes y que rotan en sentidos opuestos creando un pulso de luz con forma de trébol.
Según los investigadores, el pulso puede rotar a escalas de femtosegundos. Esas escalas son relevantes ya que son las asociadas al movimiento electrónico coherente. Así, las modificaciones en las propiedades del material conservan todas las propiedades cuánticas, lo que es esencial, por ejemplo, para la computación cuántica.
Aplicación en el campo de la valletrónica
El trabajo es fundamental, entre otros campos, para el de la valletrónica, que trabaja con los electrones que se mueven por los valles que se forman en la estructura de bandas del cristal. En concreto, se ha logrado un control sin precedentes sobre la magnitud, la localización y la curvatura de esos valles al trabajar esta técnica sobre nitruro de boro hexagonal monocapa (material de dos dimensiones).
Al trabajar a frecuencias ópticas, se abre la posibilidad de diseñar dispositivos valletrónicos multimateriales que funcionen en escalas de tiempo en los que la coherencia cuántica se mantiene. En los siguientes pasos de la investigación se trabajará con luz estructurada, lo que abriría paso a la manipulación de las propiedades de materiales tanto en el tiempo como en el espacio.