I fisici hanno scoperto come controllare le proprietà strutturali della magnetite attraverso transizioni di fase indotte dalla luce, rivelando fasi nascoste e offrendo un nuovo metodo per manipolare i materiali su scale temporali ultraveloci. I risultati suggeriscono potenziali impatti sul futuro dell’elettronica, poiché dimostrano come specifiche lunghezze d’onda della luce possano alterare selettivamente gli stati elettronici della magnetite.
Ricercatori dell’EPFL, guidati dal fisico Fabrizio Carbone, hanno manipolato con successo le proprietà strutturali della magnetite utilizzando transizioni di fase indotte dalla luce. Questa tecnica ha scoperto fasi nascoste della magnetite, aprendo la strada a nuovi approcci per la manipolazione dei materiali nell’elettronica.
Carbone ha spiegato che, in precedenza, avevano dimostrato la possibilità di indurre una transizione di fase inversa nella magnetite, paragonando questo fenomeno a trasformare l’acqua in ghiaccio aggiungendo energia con un laser, un processo controintuitivo. Ora, il team ha chiarito e controllato le proprietà strutturali microscopiche della magnetite durante tali transizioni di fase. Utilizzando specifiche lunghezze d’onda della luce per la foto eccitazione, è stato possibile portare la magnetite in stati metastabili non-equilibrati distinti, chiamati “fasi nascoste,” rivelando un nuovo protocollo per manipolare le proprietà dei materiali su scale temporali ultraveloci.
Gli “stati non-equilibrati” sono stati in cui le proprietà di un materiale cambiano perché le forze al suo interno non sono bilanciate. Le “fasi nascoste” sono stati intermedi che normalmente non sono accessibili e richiedono tecniche avanzate per essere osservati. La magnetite, nota per la transizione di Verwey a circa -148 °C, è stata il materiale di studio.
Gli esperimenti hanno utilizzato impulsi di luce a 800 nm e 400 nm. La luce a 800 nm ha disturbato la struttura della magnetite, creando un mix di regioni metalliche e isolanti. Gli impulsi a 400 nm hanno reso la magnetite un isolante più stabile. Utilizzando la diffrazione elettronica ultrarapida, i ricercatori hanno osservato i cambiamenti strutturali indotti dagli impulsi laser su scala sub-picosecondi.
La struttura cristallina della magnetite, un reticolo monoclino, ha subito compressione e trasformazione verso una struttura cubica con la luce a 800 nm, mentre la luce visibile a 400 nm ha causato l’espansione del reticolo, rafforzandolo e creando una fase isolante stabile.
