Los científicos han descubierto una nueva forma de manipular imanes con pulsos de luz láser de menos de una billonésima de segundo.

El equipo internacional de investigadores, dirigido por las universidades de Lancaster y Radboud, también identificó la longitud de onda de la luz o el color que permite la manipulación más eficiente. El hallazgo se publica en Cartas de revisión física .

Los imanes han fascinado a la gente desde la antigüedad, pero hasta hace cien años, la comprensión teórica del magnetismo seguía siendo muy esquiva. El gran avance en la comprensión se produjo con el desarrollo de la mecánica cuántica y el descubrimiento del hecho de que cada electrón tiene un momento magnético intrínseco o espín.

El giro puede verse como una "aguja de brújula" elemental, "típicamente representado como una flecha que muestra la dirección de los polos norte a sur. En los imanes, todos los espines están alineados en la misma dirección por la fuerza llamada interacción de intercambio. La interacción de intercambio es uno de los efectos cuánticos más fuertes que es responsable de la existencia misma de materiales magnéticos.

La fuerza de la interacción de intercambio se puede apreciar por el hecho de que genera campos magnéticos 10, 000 veces más fuerte que el campo magnético de la Tierra. Otra manifestación de su fuerza es el hecho de que puede hacer girar los giros en un período de una billonésima de segundo e incluso más rápido.

Manipular la interacción de intercambio sería la forma más eficiente y, en última instancia, más rápida de controlar el magnetismo. Para lograr este resultado, los investigadores utilizaron el estímulo más rápido y fuerte disponible:excitación de pulso láser ultracorto.

Sin embargo, Para detectar / observar el efecto de la luz sobre el magnetismo, se necesitaría un magnetómetro ultrarrápido, un dispositivo que pudiera rastrear la dinámica de los espines con menos de una billonésima de segundo de resolución. Esto es mucho más rápido que la resolución temporal de la electrónica moderna.

Pero los autores han encontrado una solución a este problema, como explica el investigador principal, el Dr. Rostislav Mikhaylovskiy de la Universidad de Lancaster:"Los espines oscilan a frecuencias de Terahercios casi un billón de veces más rápido que la frecuencia estándar de la línea eléctrica de 50 Hz. Gracias a frecuencias tan altas de oscilaciones, los espines actúan como antenas eficientes que emiten radiación electromagnética. Al analizar las propiedades de la radiación emitida, podemos extraer información sobre la dinámica de magnetización ultrarrápida desencadenada por la dirección óptica de las fuerzas de intercambio ".

Variando sistemáticamente el color de los pulsos del láser de excitación de rojo a azul, los científicos pudieron identificar la longitud de onda de la luz para la cual el efecto de la luz sobre el magnetismo es más fuerte.

El Dr. Mikhaylovskiy dijo:"Era muy importante ver que el efecto de la luz en la interacción de intercambio realmente existe. Al ajustar la longitud de onda o el color de la luz, comenzamos a comprender cómo mejorar este efecto".

Este emocionante descubrimiento abre una nueva línea de investigación en la Universidad de Lancaster dirigida por el Dr. Mikhaylovskiy. El siguiente paso es realizar estudios sistemáticos del control ultrarrápido del magnetismo en un amplio rango espectral, comparar las eficiencias del bombeo en el lejano, rangos de infrarrojo medio y visible y, por lo tanto, identificar el enfoque más eficiente y rápido para la manipulación de giros. Para ello se ha puesto en marcha un nuevo sistema láser capaz de producir pulsos láser en todos estos rangos de frecuencia.