Fysiker från Schweiz, Tyskland, och Frankrike har funnit att akustiska vågor med stor amplitud, lanseras av ultrakorte laserpulser, kan dynamiskt manipulera det optiska svaret hos halvledare.

En av de viktigaste utmaningarna inom materialvetenskaplig forskning är att uppnå hög avstämning av de optiska egenskaperna hos halvledare vid rumstemperatur. Dessa egenskaper styrs av "excitons, "som är bundna par av negativa elektroner och positiva hål i en halvledare.

Excitoner har blivit allt viktigare inom optoelektronik och de senaste åren har bevittnat en ökning i sökandet efter kontrollparametrar - temperatur, tryck, elektriska och magnetiska fält - som kan ställa in excitoniska egenskaper. Dock, måttligt stora förändringar har endast uppnåtts under jämviktsförhållanden och vid låga temperaturer. Betydande förändringar vid omgivningstemperaturer, som är viktiga för applikationer, har hittills saknats.

Detta har nu uppnåtts i labbet av Majed Chergui vid EPFL inom Lausanne Center for Ultrafast Science, i samarbete med teorigrupperna i Angel Rubio (Max-Planck Institute, Hamburg) och Pascal Ruello (Université de Le Mans). Publicerar i Vetenskapliga framsteg , det internationella laget visar, för första gången, kontroll av excitoniska egenskaper med hjälp av akustiska vågor. Att göra detta, forskarna lanserade en högfrekvent (hundratals gigahertz), storamplitud akustisk våg i ett material med ultrakorte laserpulser. Denna strategi möjliggör vidare dynamisk manipulation av excitonegenskaperna vid hög hastighet.

Detta anmärkningsvärda resultat nåddes på titandioxid vid rumstemperatur, en billig och riklig halvledare som används i en mängd olika ljusenergiomvandlingstekniker som solceller, fotokatalys, och transparenta ledande substrat.

"Våra resultat och den fullständiga beskrivningen erbjuder vi öppna mycket spännande perspektiv för applikationer som billiga akustiska optiska enheter eller sensorteknik för extern mekanisk belastning, "säger Majed Chergui." Användningen av högfrekventa akustiska vågor, som de som genereras av ultrakorte laserpulser, som kontrollscheman för excitoner banar en ny era för akusto-excitonik och aktiv-excitonik, analogt med aktiv plasmonik, som utnyttjar plasmon excitationer av metaller. "

"Dessa resultat är bara början på vad som kan utforskas genom att lansera högfrekventa akustiska vågor i material, "tillägger Edoardo Baldini, huvudförfattaren till artikeln som för närvarande är på MIT. "Vi förväntar oss att använda dem i framtiden för att kontrollera de grundläggande interaktioner som styr magnetism eller utlösa nya fasövergångar i komplexa fasta ämnen."