Comprendre ce qui se passe à l'intérieur d'un matériau lorsqu'il est frappé par des impulsions légères ultra-espèces est l'un des grands défis de la physique de la matière et de la photonique moderne. Une nouvelle étude publiée dans Photonique de la nature et dirigé par Politecnico di Milano révèle un aspect jusqu'ici négligé mais essentiel, précisément la contribution des charges virtuelles, charge des porteurs qui n'existent que lors de l'interaction avec la lumière, mais qui influencent profondément la réponse du matériel.
La recherche, menée en partenariat avec l'Université de Tsukuba, l'Institut Max Planck pour la structure et la dynamique de la matière, et l'Institut de photonique et de nanotechnologie (CNR-IFN) ont étudié le comportement des diamants monocristallins soumis à des impulsions légères qui ont eu quelques effectifs (milliards de milliards d'un second) Spectroscopie de réflexion transitoire.
En comparant des données expérimentales avec des simulations numériques de pointe, les chercheurs ont pu isoler l'effet des transitions verticales soi-disant virtuelles entre les bandes électroniques du matériau. Un tel résultat modifie la perspective de la façon dont la lumière interagit avec les solides, même dans des conditions extrêmes jusqu'à présent attribuées uniquement au mouvement des charges réelles.
« Nos travaux montrent que l'excitation des transporteurs virtuels, qui se développe dans quelques milliards de milliards de secondes de seconde, est indispensable pour prédire correctement la réponse optique rapide dans les solides », a déclaré Matteo Lucchini, professeur au Département de physique, auteur principal de l'étude et associé chez CNR-IFN.
« Ces résultats marquent une étape clé dans le développement de technologies ultra-rapides dans l'électronique », ajoute Rocío Borgo Varillas, chercheur chez CNR-IFN.
Les progrès réalisés offrent de nouvelles perspectives sur la création de dispositifs optiques ultra-rapides, tels que les commutateurs et les modulateurs capables de fonctionner aux fréquences de Petahertz, mille fois plus rapides que les appareils électroniques actuels. Cela nécessite une compréhension approfondie du comportement des charges réelles et des charges virtuelles, comme l'ont démontré cette étude.
