Físicos pioneros de la Universidad de Copenhague y la Universidad Tecnológica de Nanyang en Singapur han descubierto una forma de hacer que los materiales no magnéticos se vuelvan magnéticos mediante la luz láser. El fenómeno también puede utilizarse para dotar a muchos otros materiales de nuevas propiedades.

Las propiedades intrínsecas de los materiales surgen de su química, de los tipos de átomos que están presentes y la forma en que están organizados. Estos factores determinan, por ejemplo, qué tan bien un material puede conducir la electricidad o si es magnético o no. Por lo tanto, la ruta tradicional para cambiar o lograr nuevas propiedades de los materiales ha sido la química.

Ahora, un par de investigadores de la Universidad de Copenhague y la Universidad Tecnológica de Nanyang en Singapur han descubierto una nueva ruta física para la transformación de las propiedades de los materiales:cuando se estimula con luz láser, un metal puede transformarse desde dentro y adquirir de repente nuevas propiedades.

"Por muchos años, hemos estado investigando cómo transformar las propiedades de una materia irradiéndola con ciertos tipos de luz. Lo nuevo es que no solo podemos cambiar las propiedades usando la luz, podemos hacer que el material cambie a sí mismo, de adentro hacia afuera, y emerger en una nueva fase con propiedades completamente nuevas. Por ejemplo, un metal no magnético puede transformarse repentinamente en un imán, "explica el profesor asociado Mark Rudner, investigador del Instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhague.

Él y su colega Justin Song de la Universidad Tecnológica de Nanyang en Singapur hicieron el descubrimiento que ahora se publica en Física de la naturaleza . La idea de utilizar la luz para transformar las propiedades de un material no es nueva en sí misma. Pero hasta ahora los investigadores solo han sido capaces de manipular las propiedades que ya se encuentran en un material. Darle a un metal su propia "vida separada, "permitiéndole generar sus propias propiedades nuevas, nunca se ha visto antes.

A modo de análisis teórico, Los investigadores han logrado demostrar que cuando un disco metálico no magnético se irradia con luz polarizada linealmente, Las corrientes eléctricas circulantes y, por tanto, el magnetismo pueden emerger espontáneamente en el disco.

Los investigadores utilizan los llamados plasmones (un tipo de onda de electrones) que se encuentran en el material para cambiar sus propiedades intrínsecas. Cuando el material se irradia con luz láser, los plasmones en el disco de metal comienzan a girar en sentido horario o antihorario. Sin embargo, estos plasmones cambian la estructura electrónica cuántica de un material, que al mismo tiempo altera su propio comportamiento, catalizando un circuito de retroalimentación. La retroalimentación de los campos eléctricos internos de los plasmones eventualmente hace que los plasmones rompan la simetría intrínseca del material y provoquen una inestabilidad hacia la autorrotación que hace que el metal se vuelva magnético.

La técnica puede producir propiedades 'bajo demanda'

Según Mark Rudner, la nueva teoría abre una nueva forma de pensar y, muy probablemente, una amplia gama de aplicaciones:

“Es un ejemplo de cómo la interacción entre la luz y el material puede usarse para producir ciertas propiedades en un material 'bajo demanda'. También allana el camino para una multitud de usos, porque el principio es bastante general y puede funcionar en muchos tipos de materiales. Hemos demostrado que podemos transformar un material en un imán. También podríamos convertirlo en un superconductor o en algo completamente diferente, "dice Rudner. Añade:

"Se podría llamar alquimia del siglo XXI. En la Edad Media, la gente estaba fascinada con la perspectiva de transformar el plomo en oro. Hoy dia, nuestro objetivo es conseguir que un material se comporte como otro estimulándolo con un láser ".

Entre las posibilidades, Rudner sugiere que el principio podría ser útil en situaciones en las que se necesita un material para alternar entre comportarse magnéticamente y no comportarse. También podría resultar útil en optoelectrónica, donde, por ejemplo, la luz y la electrónica se combinan para el desarrollo de sensores e internet de fibra.

Los siguientes pasos de los investigadores son ampliar el catálogo de propiedades que pueden modificarse de formas análogas, y ayudar a estimular su investigación y utilización experimentales.