Gettando nuova luce sul controllo delle proprietà dei materiali nella perovskite a strato solido

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Legge di scala in Mott-isolante CaRuO4. Credito: KyotoU/Kento Uchida

Gli scienziati dei materiali potrebbero presto essere in grado di controllare le proprietà dei materiali con la luce.

Un team composto da ricercatori dell’Università di Kyoto e del Kurume Institute of Technology ha scoperto una legge di scala che determina la generazione di armoniche di ordine superiore nel materiale perovskite a strato solido, CaRuO4.

La generazione di armoniche di ordine superiore è un fenomeno ottico non lineare in cui i fotoni ultravioletti estremi vengono emessi da un materiale come risultato delle interazioni con la luce ad alta intensità.

“Il fenomeno, osservato per la prima volta nei sistemi di gas atomici, da allora ha aperto la strada alla scienza degli attosecondi”, afferma l’autore dello studio Kento Uchida. “Ma è leggermente più imprevedibile in alcuni solidi fortemente correlati, come CaRuO4.

A causa della forte interazione tra gli elettroni in questi solidi, le caratteristiche della generazione armonica di ordine superiore possono essere stabilite solo comprendendo come questi elettroni si muovono in presenza di luce.

Per affrontare questa domanda, che non è mai stata confermata sperimentalmente, il team ha deciso di osservare la relazione tra temperatura ed emissione di fotoni in CaRuO4. Hanno usato un impulso nel medio infrarosso per misurare e mappare un’elevata intensità di generazione di armoniche a temperature da un estremamente basso 50 a un moderato 290 Kelvin.

Nella fascia bassa, il team ha registrato una generazione armonica di ordine superiore diverse centinaia di volte più intensa che a temperatura ambiente. Le emissioni di fotoni hanno continuato a intensificarsi con l’aumento dell’energia del gap, l’energia necessaria agli elettroni per condurre l’elettricità, insieme al calo della temperatura.

Il team ha scoperto che tali emissioni si sono verificate nella fase di isolamento Mott del materiale, dove la forte repulsione tra gli elettroni e l’energia ad alto gap trasforma il metallo da un conduttore elettrico a un isolante.

“Abbiamo scoperto che le armoniche di ordine superiore in materiali fortemente correlati dipendono fortemente dall’energia del gap dei materiali”, spiega Uchida.

Questa legge di scala può indirizzare gli studi teorici verso descrizioni più raffinate della dinamica degli elettroni di non equilibrio in materiali fortemente correlati: una questione centrale nella fisica della materia condensata.

Uchida conclude che i loro “risultati forniscono anche una base per la progettazione dei materiali per ottenere dispositivi ottici non lineari più efficienti”.

La ricerca è stata pubblicata in Lettere di revisione fisica.


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Maggiori informazioni:
K. Uchida et al, Generazione armonica di ordine elevato e sua legge di ridimensionamento non convenzionale nel Ca isolante MottRuO4, Lettere di revisione fisica (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.127401

Fornito dall’Università di Kyoto

Citazione: Gettare nuova luce sul controllo delle proprietà dei materiali nella perovskite a strato solido (2022, 5 aprile) recuperata il 6 aprile 2022 da https://phys.org/news/2022-04-material-properties-solid-layered-perovskite.html

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