Un cristal sin centro de simetría se parece a una escalera cuyos peldaños están todos inclinados hacia el mismo lado: los electrones, al recibir el empujón de la luz, ruedan preferentemente en una dirección. Así nace la corriente continua: el efecto fotovoltaico. Hasta ahora, los teóricos solo sabían describir el momento de la absorción de la luz, pero no lo que ocurre después: cómo los electrones chocan, pierden energía y finalmente forman un flujo estable.

El nuevo trabajo ofrece el panorama completo. Los autores construyeron un método que sigue a los electrones en el tiempo teniendo en cuenta todas las colisiones cuánticas: los electrones se dispersan con las vibraciones de la red cristalina (fonones), transitan entre bandas y se recombinan con los huecos. Para el titanato de bario, un piezoeléctrico clásico, los cálculos mostraron que los fonones contribuyen de manera significativa a la corriente de desplazamiento — la corriente que surge por el desplazamiento de las nubes electrónicas al absorber un fotón.

El método también explica el misterio de los experimentos: con pulsos láser ultracortos, la corriente fotovoltaica fluye primero en una dirección y luego en la otra. Resulta que esa corriente transitoria bipolar surge porque los fonones interfieren de manera diferente en distintas etapas del proceso. Primero, los electrones son acelerados por la luz, y luego la red se va "adaptando" gradualmente, cambiando la dirección del flujo total.

La relación entre la corriente y la geometría de los estados cuánticos — la curvatura de Berry y la métrica cuántica — se vuelve transparente. Estas magnitudes describen cómo cambia la fase de la función de onda al moverse por la zona de Brillouin, y son precisamente ellas las que determinan la magnitud de la respuesta fotovoltaica. La utilidad práctica es evidente: un cálculo preciso permitirá diseñar materiales para celdas solares basadas en el efecto fotovoltaico de volumen y para detectores de radiación de terahercios.