Понимание того, что происходит внутри материала при воздействии на него ультракоротких световых импульсов, является одной из важнейших задач физики вещества и современной фотоники. Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Photonics под руководством Политехнического университета Милана, раскрывает ранее недооцениваемый, но существенный аспект — вклад виртуальных зарядов. Это носители заряда, которые существуют только во время взаимодействия со светом, но которые глубоко влияют на отклик материала.
Исследование, проведённое в партнёрстве с Университетом Цукубы, Институтом Макса Планка по структуре и динамике вещества и Институтом фотоники и нанотехнологий (CNR-IFN), изучало поведение монокристаллических алмазов, подвергнутых световым импульсам длительностью в несколько аттосекунд (миллиардных долей миллиардной доли секунды), с использованием передовой техники, называемой спектроскопией переходного отражения аттосекундного масштаба.
Сравнивая экспериментальные данные с современными численными моделями, исследователи смогли выделить эффект так называемых виртуальных вертикальных переходов между электронными зонами материала. Такой результат меняет представление о том, как свет взаимодействует с твёрдыми телами даже в экстремальных условиях, которые ранее объяснялись только движением реальных зарядов.
«Наша работа показывает, что возбуждение виртуальных носителей, которое развивается за миллиардные доли миллиардной доли секунды, необходимо для корректного прогнозирования быстрого оптического отклика в твёрдых телах», — сказал Маттео Луччини, профессор кафедры физики, старший автор исследования и сотрудник CNR-IFN.
«Эти результаты знаменуют собой ключевой шаг в развитии сверхбыстрых технологий в электронике», — добавляет Росио Боррего Вариллас, исследователь CNR-IFN.
Достигнутый прогресс открывает новые возможности для создания сверхбыстрых оптических устройств, таких как переключатели и модуляторы, способные работать на частотах в петагерцах, что в тысячу раз быстрее, чем у современных электронных устройств. Это требует глубокого понимания как поведения реальных зарядов, так и виртуальных зарядов, как продемонстрировано в данном исследовании.
Предоставлено:
Политехнический университет Милана
Больше материалов по теме:
[Атомная и конденсированная материя](https://www.physicsforums.com/forums/atomic-and-condensed-matter.64/)