Пикосекундное расширение в LaAlO₂, резонансно управляемое инфракрасно-активными фононами
Облучая синтетическую тонкую пленку (алюминат лантана) сверхбыстрыми импульсами низкочастотного инфракрасного света, учёные заставили ее атомарно расширяться и сжиматься миллиарды раз в секунду — это "дыхание", вызванное деформацией, можно использовать для быстрого включения и выключения электронных, магнитных или оптических свойств материала. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters. Растяжение и сжатие материала для создания деформации является распространенным методом управления его свойствами, однако использование света для этой цели изучено меньше.
Рис. Деформация и кристаллическое упорядочение, вызванные терагерцовым излучением. Автор: Якоб Голлвитцер и др.
Испуская пикосекундные импульсы терагерцового света можно получить желаемую деформацию. Причём импульсы по сути имеют ту же низкую частоту, что и фононы — тип решеточных колебаний, которые являются звуковым эквивалентом фотонов и распространяются в материале как звуковые волны.
Эксперимент был проведён сотрудниками Национальной ускорительной лаборатории Стэнфордского центра линейных ускорителей (SLAC) с использованием лазера на свободных электронах.
Анализ подтвердил, что воздействие на фононы сверхбыстрыми импульсами терагерцового света вызвало прогнозируемую деформацию. Более того, было обнаруженно, что этот процесс необратимо улучшил структуру самой тонкой плёнки — алюмината лантана. В этом конкретном материале домены одинаковой структуры ориентированы по-разному и разделёны доменной границей. Возбуждённые фононы создают новую структуру, которая формируется на этой доменной границе и распространяется в поперечном направлении по поверхности плёнки.
У всех материалов есть свои пределы — их можно растягивать и сжимать лишь до определённой степени. Однако использование низкочастотного света открывает новые возможности, такие как переключение между двумя различными состояниями в одном и том же материале, включение и выключение электронных и магнитных свойств, а также инициирование структурных перестроек, приводящих к сверхпроводимости.
