Evnen til at ændre et materiales egenskaber gennem faseovergange kan potentielt fører til nye teknologier til håndtering af digital information og hukommelse. Vores daglige intuition med faseovergange er, at de er langsomme. Smider man en isterning i et glas vand, så går der lang tid før den smelter. Omvendt holder isterningen vores drinks kolde om sommeren. På samme måde er kogning af vand med en kedel en langsommelig proces når vi står og mangler en kop kaffe. Da disse processer er langsomme, kan det være svært at se, hvordan vi kan udnytte dem til at realisere nye former for højhastighedscomputere. Men hvis faseovergange drives af laserpulser i stedet for temperaturændringer, så kan de forløbe over et par hundrede femtosekunder (1x10^-15 s), hvilket er mange gange hurtigere end de tidsskalaer, som en almindelig computer udfører beregninger på.

Denne hastighed kommer dog med en høj pris, idet energiomsætningen bliver mindre effektiv. Nu har et internationalt hold af forskere, ledet af Simon Wall, fundet en ny metode til at øge effektiviteten af faseovergange induceret med lys. De har påvist at man samtidig kan bibeholde hurtige skift mellem faserne. Hvis der anvendes to laserpulser, adskilt med en tidsforsinkelse på 150 femtosekunder, i stedet for en enkelt puls, kan mængden af energi, der er nødvendig for at drive faseovergangen, reduceres med 6 %. Øges tidsforsinkelsen mellem laserpulserne opnås stadigvæk en betydelig energibesparelse, der dog er reduceret i forhold til hvad man opnår med den ultrakorte tidsforsinkelse på 150 femtosekunder.

Ved at udnytte effekten af den japanske røntgenlaser, SACLA, kunne forskerne vise, at den første laserpuls introducerer lokaliseret strukturel uorden i materialet. Disse strukturelle forvrængninger er tidsafhængige. Hvis den anden, tidsforsinket, laserpuls ankommer før de strukturelle ændringer er relakseret, så kan disse strukturer bruges som anslag til faseovergangen og reducere energibarrieren.

Det kræver yderligere arbejde at forstå de processer, der danner grundlag for de effektive faseovergange observeret i dette studie. Den udviklede metode kan i princippet anvendes på en bred vifte af materialer, som potentielt kan føre til effektive og ultrahurtige hukommelses-chips i fremtiden.

Læs mere her: https://www.nature.com/articles/s41567-024-02474-4