Scrutare le parti più interne dei materiali

Nel corso dell’ultimo decennio, la fisica dell’attosecondo ha indotto ampi sforzi teorici per fornire delle previsioni numeriche per i modelli riguardanti l’interazione luce–materia e le dinamiche dell’elettrone negli atomi. Finora le ricerche erano state svolte su atomi, molecole e sulle superfici di campioni solidi. Tuttavia, il progetto ATTOTRON (“Attosecond electron processes in solids”), finanziato dall’UE, tenta di usare la radiazione che dura attosecondi per rivelare le proprietà dinamiche della materia granulare.

In modo simile alla radiazione a microonde, i campi vicino all’infrarosso e ottico possono alterare in modo significativo le proprietà fisiche di materiali di banda larga come ad esempio i dielettrici usati nelle tecnologie a semiconduttori. In particolare, gli impulsi laser ultrabrevi consentono l’esposizione senza danni dei dielettrici e modifiche significative nel loro sistema elettronico. Inoltre, dei campi così elevati e limitati dal punto di vista temporale consentono di trasformare un dielettrico da isolante a conduttore.

ATTOTRON offre la possibilità di alterare la struttura elettronica del dielettrico e la sua capacità di essere polarizzato con una radiazione laser vicina all’infrarosso inferiore a un femtosecondo. Queste ricerche sui semiconduttori a banda stretta promettono di fornire una comprensione approfondita delle dinamiche di eccitazione visibili dell’elettrone e dell’accoppiamento ultraveloce della cinetica elettronica e nucleare. Un quadro teorico per l’analisi dei dati registrati nello schema sperimentale recentemente sviluppato è attualmente in fase di sviluppo in collaborazione con dei teorici.

Il trasferimento della popolazione elettronica in femtosecondi nei solidi rappresenta la base della moderna tecnologia basata sul silicio ed è perciò la pietra angolare dell’intelligenza artificiale e delle tecnologie della comunicazione. Gli studi di ATTOTRON sul controllo e l’osservazione del comportamento temporale dell’elettrone dovrebbero fornire significative informazioni sulle strutture di banda e sulle dinamiche del vettore nella materia granulare. Le scoperte riguardanti le dinamiche ultraveloci dell’elettrone nel biossido di silicio sono state pubblicate in una rivista a revisione paritaria.