Compreender o que ocorre dentro de um material quando ele é atingido por pulsos de luz ultracurtos é um dos grandes desafios da física da matéria e da fotônica moderna. Um estudo revelou um aspecto até então negligenciado, mas essencial: a contribuição das chamadas cargas virtuais, portadoras de carga que existem apenas durante a interação com a luz, mas que influenciam de forma profunda a resposta do material.
A pesquisa foi realizada em colaboração com a Universidade de Tsukuba, o Instituto Max Planck para Estrutura e Dinâmica da Matéria e o Instituto de Fotônica e Nanotecnologia (Cnr-Ifn). O trabalho investigou o comportamento de diamantes monocristalinos submetidos a pulsos de luz com duração de alguns attossegundos, ou seja, bilionésimos de bilionésimos de segundo. Para isso, foi utilizada uma técnica avançada chamada espectroscopia de reflexão transiente em escala de attossegundos, que permite observar com altíssima precisão as mudanças que ocorrem no material.
Ao comparar os dados experimentais com simulações numéricas de última geração, os cientistas conseguiram isolar o efeito das chamadas transições verticais virtuais entre as bandas eletrônicas do material. Esse resultado altera a forma como se entende a interação da luz com sólidos, mesmo em condições extremas que até agora eram atribuídas apenas ao movimento de cargas reais.
Segundo Matteo Lucchini, professor do Departamento de Física do Politecnico di Milano e autor sênior do estudo, o trabalho demonstra que a excitação de portadores virtuais, que ocorre em apenas alguns bilionésimos de bilionésimos de segundo, é indispensável para prever corretamente a rápida resposta óptica em sólidos. Para Rocío Borrego Varillas, pesquisadora do Cnr-Ifn, os resultados representam um passo fundamental no desenvolvimento de tecnologias ultrarrápidas na eletrônica.
O avanço obtido abre caminho para a criação de dispositivos ópticos ultrarrápidos, como interruptores e moduladores capazes de operar em frequências na faixa dos petahertz, ou seja, mil vezes mais rápidas do que os dispositivos eletrônicos atuais. Isso só é possível graças à compreensão detalhada do comportamento tanto das cargas reais quanto das virtuais, conforme evidenciado neste estudo.
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