Uma equipa de investigação internacional do Instituto Max Planck da Ciência da Luz (MPL) e da Politécnica de Turim utilizou a técnica de fieldoscopy para investigar a fundo o comportamento de comutação óptica de nanocristais de óxido de índio-estanho (ITO) de 15 nanómetros. O estudo revela o mecanismo de interação entre a luz e estes nanocristais na escala de tempo de femtossegundos, fornecendo novas perspetivas para o desenvolvimento de dispositivos de comunicação óptica de alta velocidade.

Os comutadores ópticos são componentes centrais dos sistemas de comunicação óptica, exigindo velocidade de resposta rápida, alta profundidade de modulação e comportamento previsível. Os nanocristais de ITO são considerados um material potencial devido às suas propriedades ópticas comutáveis. Pela primeira vez, a equipa de investigação aplicou a técnica de fieldoscopy para medir diretamente as oscilações do campo elétrico durante a interação entre pulsos laser curtos e os nanocristais de ITO.

"Observámos que a interação entre a luz e os nanocristais ocorre tão rapidamente que os seus efeitos podem ser observados entre ciclos individuais da onda óptica oscilante", disse o Dr. Andreas Herbst, investigador de pós-doutoramento do grupo da Dra. Hanieh Fattahi no MPL e primeiro autor do estudo. "Neste processo, a extremidade do pulso é afetada mais fortemente do que o início."

Os nanocristais de ITO têm apenas 15 nanómetros de diâmetro, muito menores do que o comprimento de onda da luz de cerca de 2000 nanómetros utilizado na experiência. Quando excitados pela luz, as oscilações dos eletrões de superfície geram plásmons de superfície localizados, que se acoplam de volta à onda de luz, afetando a transparência do material. A técnica de fieldoscopy permitiu aos investigadores observar estes efeitos numa escala de tempo mais curta do que o período da onda óptica.

O estudo descobriu que a transparência dos nanocristais de ITO aumenta com a intensidade da luz, manifestando-se como um estado "ligado". Dentro de uma certa gama de intensidades, esta mudança é reversível, permitindo a reutilização do comutador. No entanto, intensidades de luz demasiado elevadas levam a um estado "ligado" permanente, revelando uma limitação do material para aplicações práticas. Esta investigação não só esclarece o comportamento de comutação dos nanocristais de ITO, como também demonstra a aplicabilidade da técnica de fieldoscopy na análise de amostras sólidas.

Detalhes da publicação: Autores: Max Planck Institute for the Science of Light; Título: "Fieldoscopy reveals femtosecond optical switching in 15 nm indium tin oxide nanocrystals"; Publicado em: "Advanced Science" (2025).