Un equipo internacional liderado por investigadores de la Universidad Tecnológica de Delft (TU Delft) ha logrado manipular el estado magnético de un material magnético agitándolo ópticamente. Todo el proceso ocurre en un período de tiempo extremadamente corto de menos de unos pocos picosegundos. En tiempos de estancamiento de las tendencias de eficiencia de la tecnología actual, Este control ultrarrápido del magnetismo impulsado por los átomos abre nuevas perspectivas para la tecnología de la información. Los resultados, que han sido publicados en Materiales de la naturaleza , eventualmente podría conducir a tecnologías de procesamiento de datos rápidas y energéticamente eficientes, que son esenciales para mantenerse al día con nuestro hambre de datos.

Según Dick Tracy, famoso héroe de las historietas que hizo su debut temprano en 1931, la nación que controla el magnetismo controlará el universo. Se puede argumentar que hoy dia, esta idea suena mucho más creíble que en ese entonces. Los materiales magnéticos se utilizan mucho en la vida moderna, con aplicaciones que van desde imanes de nevera hasta centros de datos de Big Tech, que los utilizan para almacenar información.

Enrejado cristalino y magnetismo

Nuestra creciente demanda de procesamiento de datos requiere nuevos métodos para manipular y controlar el estado de los materiales magnéticos en escalas de tiempo breves. Estos materiales albergan billones de momentos magnéticos elementales mutuamente alineados, llamados giros, cuya disposición está determinada principalmente por la disposición de los átomos en la red cristalina. Por lo tanto, la ruta más natural hacia el control del estado magnético es cambiar la configuración del cristal.

Normalmente se requiere una alta presión mecánica para tener un impacto suficiente en las propiedades magnéticas, que se puede lograr mediante el uso de una gran prensa hidráulica. Sin embargo, la aplicación de una deformación mecánica es intrínsecamente un proceso muy lento. Un equipo internacional de científicos de Delft, Nijmegen, Lancaster, Lieja y Kiev ahora han propuesto y realizado experimentalmente una elegante solución a este problema. Usando luz para agitar ópticamente un imán estimulando resonantemente vibraciones atómicas específicas de la red, lograron cambiar su estado magnético.

Una visión artística del nuevo orden magnético que surge tras agitar ópticamente los átomos. Los átomos y espines azules y rojos bien ordenados representan el nuevo orden magnético.

Temblando con la luz

"Agitamos ópticamente la celosía de una ortoferrita de disprosio antiferromagnético, un imán que se compone de pequeños momentos magnéticos que se alternan hacia arriba y hacia abajo y, por lo tanto, no tiene una magnetización neta, a diferencia de los imanes de nevera familiares, "dice el investigador postdoctoral de TU Delft Dmytro Afanasiev. Después de agitar el cristal durante un período de tiempo muy corto, los investigadores midieron cómo evolucionaron las propiedades magnéticas. Descubrieron que el sistema magnético del antiferromagnet cambia después de la sacudida, tal que aparece una magnetización neta:durante una fracción de tiempo, el material se vuelve similar a un imán de nevera de uso diario.

En tono rimbombante, todo esto ocurre en un período de tiempo sin precedentes, de menos de unos pocos picosegundos (millonésima de millonésima de segundo). Esto no solo es un orden de magnitud más corto que el tiempo de grabación en los discos duros de las computadoras modernas, pero se acerca al límite fundamental para el proceso de cambio. Esto significa que los bits magnéticos de los futuros discos duros podrían escribirse muy rápidamente con este nuevo método.

Afanasiev enfatiza la necesidad de explorar más esta dirección de investigación:"Estos hallazgos estimularán una mayor investigación para explorar y comprender los mecanismos exactos que gobiernan el control de la red ultrarrápida del estado magnético". Andrea Caviglia, profesor asociado y líder del grupo de investigación en TU Delft, agrega:"Comprender este tipo de ciencia no nos permitirá controlar todo el universo, como creía Dick Tracy. Pero puede permitirnos controlar un rincón importante y tecnológicamente influyente ".