Кристалл титаната бария напоминает толпу, где каждый человек держит в руках стрелку-указатель. В обычном состоянии стрелки смотрят в разные стороны, но если приложить электрическое поле, все разом поворачиваются в одну сторону. Такое упорядоченное состояние называют сегнетоэлектрическим — оно хранит информацию, как стрелка компаса хранит направление.
До сих пор считалось, что быстро перевернуть все стрелки можно только особым способом: попасть лучом в резонанс с колебаниями самой толпы — так называемыми фононами. Это как раскачать качели, толкая их в такт. Но авторы работы попробовали другой подход: они светили дальним инфракрасным импульсом с длиной волны 35–60 микрометров — это в десятки раз тоньше человеческого волоса. И оказалось, что переключение происходит не из-за резонанса, а просто потому, что кристалл поглощает свет и нагревается в нужных местах.
Главный сюрприз в том, что переключение работает в широком диапазоне частот, а не только в узких резонансных окнах. Это значит, что для сверхбыстрой записи информации в сегнетоэлектрическую память не нужно точно подстраивать лазер под конкретный материал. Достаточно просто нагреть кристалл коротким импульсом — и стрелки сами повернутся.
Практическая польза может быть огромной: сегнетоэлектрики уже используют в картах памяти и сенсорах, а теперь появляется способ переключать их за пикосекунды — триллионные доли секунды. Это быстрее, чем моргает глаз, и сравнимо со скоростью работы самых быстрых транзисторов.
Титанат бария — тот самый материал, из которого делают конденсаторы в большинстве электронных устройств: от телефонов до автомобилей.
В сериале «Звёздный путь» инопланетные компьютеры хранят данные в кристаллах, которые меняют структуру под действием света — очень похоже на то, что происходит в этом эксперименте.