En un artículo reciente publicado en Nanoescala , Investigadores del grupo de Nanomagnetismo de nanoGUNE han demostrado el uso de elementos híbridos magnético-plasmónicos para facilitar el control selectivo y sin contacto de la temperatura en metamateriales funcionales magnéticos.

En comparación con los esquemas de calefacción globales actuales, que son lentos y energéticamente ineficientes, calentamiento controlado por luz utilizando grados ópticos de libertad como la longitud de onda, polarización, y poder, permite esquemas de calentamiento local eficientes para su uso en computación nanomagnética o para cuantificar fenómenos emergentes colectivos en sistemas de espín artificial.

Los imanes a nanoescala de dominio único que interactúan a través de interacciones magnetostáticas sin contacto son metamateriales clave para aplicaciones que incluyen dispositivos de almacenamiento de datos magnéticos, procesamiento de información de baja potencia, y el estudio de los fenómenos colectivos en los llamados hielos artificiales. Estos metamateriales magnéticos se fabrican mediante nano-litografía de haz de electrones, donde se puede diseñar cualquier disposición bidimensional deseada de elementos magnéticos de película delgada con dimensiones de unos pocos cientos de nanómetros.

La funcionalidad de tales metamateriales magnéticos está determinada por la capacidad de invertir el momento neto de cada nanomagnet para minimizar las interacciones magnetostáticas mutuas generales. lo que ocurre más rápidamente a temperaturas elevadas. A través de los años, Se han empleado diferentes esquemas de calentamiento para impulsar redes de nanoimanes que interactúan a un estado de equilibrio, que van desde el recocido térmico de imanes estables hasta la fabricación de elementos superparamagnéticos ultrafinos que fluctúan rápidamente.

En la actualidad, La excitación térmica de los sistemas de giro artificial se logra mediante el contacto térmico con un depósito caliente. ya sea calentando todo el sustrato subyacente, o por una corriente eléctrica en un cable conductor cercano. Todos estos enfoques son energéticamente ineficaces, espacialmente no discriminativo, e intrínsecamente lento, con escalas de tiempo de segundos a horas, lo que dificulta alcanzar un verdadero estado de equilibrio en redes nanomagnéticas frustradas extendidas. Es más, para implementación en dispositivos de metamateriales magnéticos, p.ej. cristales magnónicos y circuitos lógicos nanomagnéticos, el calentamiento global carece de control, discriminación espacial, y velocidad requerida para el funcionamiento integrado con tecnología CMOS.

Aplicando un enfoque híbrido que combina un nanocalentador plasmónico con un elemento magnético, en este trabajo, los autores establecen el control robusto y confiable de las temperaturas locales en matrices nanomagnéticas por medios ópticos sin contacto. Aquí, El fotocalentamiento asistido por plasmón permite aumentos de temperatura de hasta varios cientos de Kelvin, que conducen a inversiones de momento activadas térmicamente y una reducción pronunciada del campo coercitivo magnético. Es más, la sección transversal de absorción dependiente de la polarización de los elementos plasmónicos alargados permite el calentamiento específico de la subred en escalas de tiempo de sub-nanosegundos, lo que no es posible con los esquemas de calefacción convencionales. Los autores cuantifican experimentalmente las propiedades ópticas y magnéticas de matrices de elementos híbridos individuales, así como conjuntos de vértices. y presentar estrategias sobre cómo lograr rápido, y control selectivo de la inversión magnética activada térmicamente mediante la elección del punto focal, potencia de la bomba, polarización de la luz, y duración del pulso.

Por lo tanto, El desarrollo de un calentamiento óptico de nanoimanes asistido por plasmón no invasivo y eficiente permite un control flexible de la duración y las escalas de tiempo de la excitación térmica en metamateriales magnéticos. Esto permite estudios más profundos de las propiedades de equilibrio y las excitaciones emergentes en sistemas de espín artificial, así como puertas abiertas para el uso práctico en aplicaciones tales como computación nanomagnética de baja potencia.