Un equipo internacional de cient铆ficos ha descubierto que las ondas de deformaci贸n generadas por pulsos luminosos pueden transformar un material aislante en un metal a una velocidad extremadamente r谩pida. Este mecanismo se observ贸 en una pel铆cula delgada de 贸xido de vanadio.
Vista art铆stica del diagrama de fase del material Mott V2O3, destacando su estado aislante inicial (en azul) antes de su fotoexcitaci贸n por un l谩ser ultrarr谩pido, llev谩ndolo hacia un estado met谩lico (en amarillo) a trav茅s de un mecanismo de onda de deformaci贸n.
漏 Tatsuya Amano
Un descubrimiento, publicado en la revista
Nature Physics, que podr铆a conducir a avances importantes en el mundo de la electr贸nica ultrarr谩pida.
驴Y si fuera posible cambiar la naturaleza de un material en un parpadeo, haci茅ndolo pasar de aislante a metal en una fracci贸n de segundo? Este es el logro que han conseguido qu铆micos y f铆sicos del CNRS y de Jap贸n en el marco del Laboratorio Internacional de Investigaci贸n
DYNACOM. Para ello, aprovecharon las propiedades excepcionales de un aislante denominado "de Mott".
El car谩cter aislante de estos materiales no se debe a la ausencia de portadores de carga el茅ctrica, como en los aislantes convencionales, sino a su falta de movilidad debido a las interacciones repulsivas entre electrones. Aunque te贸ricamente conductores, estos materiales se comportan como aislantes el茅ctricos.
El sesqui贸xido de vanadio, V
2O
3, es un ejemplo cl谩sico de un aislante de Mott. Al enfriarlo, presenta una transici贸n espectacular entre dos estados: met谩lico a temperatura ambiente, se convierte en aislante a baja temperatura, donde sus electrones quedan bloqueados por sus interacciones. Un equipo de cient铆ficos franceses y japoneses utiliz贸 pulsos luminosos ultracortos (100 femtosegundos; 1 fs = 10
-15 s) para desencadenar un paso ultrarr谩pido del estado aislante al met谩lico en una pel铆cula delgada de V
2O
3.
Representaci贸n esquem谩tica del mecanismo de propagaci贸n de una transici贸n de fase ultrarr谩pida a la velocidad del sonido.
De izquierda a derecha: fotoexcitaci贸n inicial (a) que induce una presi贸n negativa interna (b) y propagaci贸n de la transformaci贸n electr贸nica en la estela de un frente de onda de deformaci贸n compresiva (c).
漏 Etienne Janod
Este fen贸meno se basa en la propagaci贸n de ondas de deformaci贸n generadas por los pulsos luminosos que se desplazan a la velocidad del sonido a trav茅s del material. Estas ondas alteran la organizaci贸n de los electrones y los 谩tomos, provocando un cambio de estado. Lo fascinante es que este proceso no es de naturaleza t茅rmica, sino que act煤a de manera m谩s sutil al modificar directamente la estructura del material.
Gracias a experimentos de difracci贸n de rayos X y espectroscopia 贸ptica resueltos en el tiempo, los cient铆ficos observaron que esta transformaci贸n es guiada por un paso a una estructura cristalina de simetr铆a m谩s simple y por una contracci贸n del volumen. En otras palabras, el material solo se convierte en met谩lico cuando su estructura ha sido modificada.
Las perspectivas que ofrecen estos resultados son numerosas. Comprender y controlar estas transiciones ultrarr谩pidas podr铆a abrir camino a dispositivos capaces de conmutar entre diferentes estados a una velocidad sin precedentes, con aplicaciones potenciales en el almacenamiento de informaci贸n y en la inteligencia artificial basada en la f铆sica de los aislantes de Mott.
Este estudio revela as铆 una nueva faceta de los materiales de Mott y de las transiciones de fase, donde las ondas el谩sticas desempe帽an un papel clave en la transformaci贸n de las propiedades electr贸nicas. Resultados que se pueden descubrir en la revista
Nature Physics.
Redactor: AVR
Referencia
Propagation of insulator-to-metal transition driven by photoinduced strain waves in a Mott material.
T.Amano et al.
Nature Physics 2024
https://doi.org/10.1038/s41567-024-02628-4
Fuente: CNRS INC