Snabbare datorer. Effektivare solpaneler. Kraftfullare elbilar.

Forskare vid Northeastern hjälper till att göra dessa tekniska framsteg till verklighet. De utvecklar sätt att förändra de elektriska och magnetiska egenskaperna hos material som används för att skapa kretsar som driver den elektronik vi använder varje dag.

"Den typ av idéer som vi utforskar ger oss ett sätt att få ut mer av ett material, " säger Gregory Fiete, en fysikprofessor vid Northeastern. "Vi kan ta material som kan vara vanligt förekommande inom elektronik, som kisel eller galliumarsenid i din smartphone, och vi kan få dem att göra saker som de inte gör just nu."

Material som kisel har hjälpt forskare att bygga tillförlitliga, låg kostnad, energieffektiva kretsar för att driva vår elektronik. Fysiker arbetar på nästa framsteg med hjälp av nya, mer komplexa material. Under de senaste åren har de har kunnat ändra hur dessa nya material leder elektricitet eller interagerar med ljus, bland annat, genom att placera dem nära en stark magnet eller koppla dem till ett batteri. Detta har öppnat nya möjligheter för att konstruera nästa generations elektronik.

Nu, Fiete och hans doktorand Michael Vogl har demonstrerat ett teoretiskt sätt att förutsägbart förändra dessa elektriska och magnetiska egenskaper genom att fotografera materialet med laser.

Egenskaperna hos ett material, inklusive om det är en effektiv ledare av elektricitet, beror på arrangemanget av elektronerna i den. Ett stadigt magnetfält eller en ström från ett batteri kan ändra det arrangemanget. En laser kan göra samma sak, men det är lite mer komplicerat att förutse. Lasrar är välorganiserade vågor av ljus; de elektromagnetiska fälten som de skapar fluktuerar ständigt.

"När ljuspulsen rör sig genom ett material, det förändrar materialets egenskaper på ett mycket dramatiskt sätt, och ofta på mycket korta tidsskalor, " säger Fiete. "Arbetet vi har gjort hjälper oss att förstå vilken typ av puls vi ska använda för att få vissa önskade effekter."

Ljusets ständigt föränderliga natur kan också hjälpa fysiker att flytta materialen till nya tillstånd som inte kan nås med andra metoder. Vissa av dessa nya tillstånd kan göra ett material mer känsligt för elektriska eller magnetiska fält, som skulle kunna användas för att förbättra medicinsk teknik och säkerhetssensorer. Andra kan göra det mer effektivt att föra information, som kan användas för att snabba upp internetanslutningarna.

"Vad vi gör i mitt samhälle är att försöka förstå de grundläggande principerna som naturen verkar utifrån, " säger Fiete. "Då tas de principerna upp av, säga, elektriker som vill använda dem för att bygga en avkänningsenhet eller en kommunikationsenhet. Det sprider sig uppåt och utåt till många olika sektorer."