Investigadores del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid lideran un estudio internacional en el que se demuestra una nueva teoría para modificar las características de materiales cristalinos con pulsos de luz intensos. El trabajo abre la puerta a un control sin precedentes de los movimientos de los electrones en su interior, posibilitando 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.
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.
Cómo es la técnica que abre la puerta a una electrónica nueva
En el trabajo que ahora se publican, los investigadores del ICMM-CSIC, Rui Silva y Álvaro Jiménez Galán, han desarrollado un método para manipular la simetría de estos materiales de manera ultrarrápida. “Nosotros proponemos trabajar con un campo óptico que sea de la misma simetría que la estructura de nuestro 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)”, explica Jiménez galán, uno de los autores principales de ambos trabajos.
“Al tener la misma simetría que el material, solo rotando el pulso de luz conseguimos cambiar sus propiedades electrónicas”, añade Rui Silva, quien también es uno de los autores principales. Estos dos científicos propusieron esta teoría hace unos años y ahora se ha conseguido demostrar experimentalmente.
Cómo se logra aumentar la velocidad de procesamiento de datos
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. “El pulso puede rotar a escalas de femtosegundos”, indica Jiménez Galán, que añade que esas escalas “son relevantes ya que son las asociadas al movimiento electrónico coherente. De esta manera, las modificaciones en las propiedades del material conservan todas las propiedades cuánticas, lo que es esencial, por ejemplo, para la computación cuántica”, matiza el investigador.
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, abrimos la posibilidad de diseñar dispositivos valletrónicos multimateriales que funcionen en escalas de tiempo en los que la coherencia cuántica se mantiene”, indican los científicos, que adelantan que los siguientes pasos de su investigación pasan por trabajar con luz estructurada, lo que abriría paso a la manipulación de las propiedades de materiales tanto en el tiempo como en el espacio.
