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Interactive phononic matter: reshaping crystal landscapes for ultrafast switching

Description du projet

Une «alchimie» des temps modernes pour transformer les propriétés des matériaux cristallins

L’interaction entre la lumière et la matière, à la croisée de l’optique, du magnétisme et des cristaux, est un domaine de recherche dynamique à l’origine de technologies émergentes dans des secteurs tels que les communications optiques, l’informatique quantique, la biomédecine et l’énergie. Le projet INTERPHON, financé par le CER, vise à manipuler et à contrôler l’ordre magnétique et électrique dans les matériaux par une excitation ultrarapide utilisant le réseau cristallin comme médiateur. Intégrant l’optique non linéaire, la phononique et le magnétisme ultrarapide, l’équipe utilisera un laser à électrons libres pour délivrer des impulsions courtes et intenses dans la gamme des fréquences infrarouges à térahertz aux fréquences des phonons optiques. INTERPHON prévoit de permettre une manipulation ultrarapide et économe en énergie de tous les matériaux cristallins dans le cadre d’un paradigme universel tirant parti du réseau que l’on trouve dans tous ces matériaux.

Objectif

For almost two millennia people are looking for the philosophers' stone, dreaming to be able to change material properties at will. While turning lead to gold might just have become a reality, even though only a few atoms at a time, in a broader sense we are still very far from this.
To make this dream come true, INTERPHON challenges the existing ideas and understanding of the interactions between light and matter, developing a research area at the junction of nonlinear optics, phononics and ultrafast magnetism, and aiming at ultrafast and energy-efficient manipulation of materials by using the crystal lattice as a mediator. Thus, glass can be made into a magnet; antiferromagnets to ferromagnets, paraelectric into ferroelectric, by exciting matter with long-wavelength light.
This fundamentally new approach to steering magnetic and electric order by ultrafast excitation at the frequencies of optical phonons has been made possible by my group’s latest work. It will involve a controlled deformation of the crystal lattice and is non-thermal (thus energy-efficient), precessional (hence ultrafast) and potentially universal (since the lattice is found in all crystalline materials). Interestingly, it does not involve any absorption of light by the very same phonons! Instead, light will communicate with matter in an interactive way, so that matter reciprocates by changing the very resonance used for excitation. To realize this, INTERPHON will develop novel research methods using short and intense pulses of an infrared-to-THz-range free electron laser.
Therefore, gaining control over the microscopic crystalline lattice could actually be the key to realizing a phononic philosopher’s stone, capable of inducing ultrafast phase transitions and permanently switching macroscopic order.
When successful, this will strongly advance the frontiers of knowledge in both out-of-equilibrium physics of solids and nonlinear optics, with a potential for novel emerging technologies.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

Voir tous les projets financés dans le cadre de ce programme de financement

Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2023-ADG

Voir tous les projets financés au titre de cet appel

Institution d’accueil

STICHTING RADBOUD UNIVERSITEIT
Contribution nette de l'UE
€ 3 250 000,00
Adresse
HOUTLAAN 4
6525 XZ Nijmegen
Pays-Bas
Région
Oost-Nederland Gelderland Arnhem/Nijmegen
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
€ 3 250 000,00

Bénéficiaires (1)