La comprensión de los mecanismos ultrarrápidos que se producen en los materiales al ser sometidos a impulsos luminosos extremadamente breves es uno de los grandes retos de la física contemporánea. Un reciente estudio, liderado por el Politécnico de Milán y publicado en Nature Photonics, ha puesto de relieve un aspecto crucial y poco explorado: el papel de las cargas virtuales en los materiales aislantes.
La investigación, realizada en el Attosecond Research Center (ARC) del Politécnico, se llevó a cabo en colaboración con la Universidad de Tsukuba, el Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter y el CNR-IFN. Utilizando impulsos luminosos de duración inferior a un attosegundo (milésimas de milésima de segundo), los científicos analizaron el comportamiento del diamante monocristalino.
A través de una técnica avanzada conocida como espectroscopia a reflexión transiente, junto con simulaciones numéricas innovadoras, lograron aislar el efecto de las llamadas transiciones virtuales verticales entre bandas electrónicas. Estos fenómenos, relacionados con portadores de carga que solo existen durante la interacción con la luz, resultan fundamentales para entender la respuesta óptica de los materiales en condiciones extremas.
Nuevas perspectivas sobre la dinámica de cargas virtuales
"Nuestro trabajo demuestra que las excitaciones de portadores virtuales, que se desarrollan en tiempos del orden de pocos miliardésimos de miliardésimo de segundo, son indispensables para prever correctamente la respuesta óptica rápida en sólidos", afirmó Matteo Lucchini, autor senior del estudio y miembro del Departamento de Física.
Los resultados obtenidos representan un avance significativo hacia el desarrollo de dispositivos ópticos ultrarrápidos, tales como interruptores y moduladores capaces de operar a frecuencias de petahercios, es decir, mil veces más rápidas que los dispositivos electrónicos actuales.
Dicha investigación se inscribe dentro del marco de proyectos europeos y nacionales como el ERC AuDACE (Dinámica Attosegunda en Materiales Avanzados) y MIUR FARE PHorTUNA (Dinámicas Ultrafast en Transiciones Fase Mott).
Implicaciones futuras para la electrónica ultrarrápida
Este estudio no solo amplía nuestro entendimiento sobre las interacciones luz-materia, sino que también abre nuevas posibilidades para la creación de tecnologías avanzadas que podrían revolucionar el campo de la electrónica.
A medida que continuamos explorando estos fenómenos ultrarrápidos, se espera que surjan innovaciones significativas que transformen nuestra capacidad para manipular información a velocidades sin precedentes.
Dolso, G.L., Sato, S.A., Inzani, G. et al.
Carga virtual attosegunda en dieléctricos.
Nat. Photon. 19, 999–1005 (2025).
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