Los imanes de van der Waals atómicamente delgados se consideran en general los medios compactos definitivos para el almacenamiento de datos magnéticos y el procesamiento rápido de datos en el futuro. Controlar el estado magnético de estos materiales en tiempo real, sin embargo, ha resultado difícil. Pero ahora, un equipo internacional de investigadores dirigido por la Universidad Tecnológica de Delft (TU Delft) ha logrado utilizar la luz para cambiar la anisotropía de un antiferromagnet de van der Waals a pedido, allanando el camino hacia lo nuevo, medios extremadamente eficientes de almacenamiento de datos.

Las delgadas capas atómicas que componen los imanes de van der Waals pueden parecer extremadamente frágiles, pero pueden ser unas 200 veces más resistentes que el acero. Desafortunadamente, esta resistencia mecánica no se traduce necesariamente en fuertes propiedades magnéticas. La razón de esto es que, en dos dimensiones, el orden magnético de estos imanes se vuelve especialmente vulnerable al calor. Cualquier temperatura por encima del cero absoluto (-273 ° C) activa fluctuaciones aleatorias en la orientación de los giros microscópicos, que puede colapsar completamente el orden magnético. Entonces, hasta que podamos controlar su estado magnético, las promesas de los imanes atómicamente delgados son solo eso:promesas.

Controlando el magnetismo

La única forma de contrarrestar las agitaciones térmicas es pegar giros magnéticos más en algunas direcciones del material que en otras. O, como lo llaman los físicos:inducir anisotropía magnética. Si lo hace, será más difícil para los giros cambiar su orientación, elevando así su temperatura de pedido (conocida como temperatura de Curie) muy por encima del cero absoluto. Controlar la anisotropía en imanes de baja dimensión, en otras palabras, allana un camino directo para controlar su temperatura de pedido y, por lo tanto, el magnetismo en sí.

En su estudio, el equipo internacional, que estaba formado por investigadores de los Países Bajos, España y Ucrania, usó pulsos de luz ultracortos, un billón de veces más corto que un segundo, para inducir la anisotropía magnética en un antiferromagnet de van der Waals bidimensional. ¿Por qué usar la luz? "Debido a que es una perilla de control muy conveniente, "Explica la Dra. Andrea Caviglia." Puede encenderlo y apagarlo de manera simple y rápida y, por lo tanto, manipular la anisotropía a pedido, que es exactamente lo que necesitamos si queremos comenzar a utilizar estos materiales para un almacenamiento de datos eficiente ".

Afinando el color

Variando sistemáticamente el color de la luz de visible a infrarrojo cercano, Los científicos también encontraron que no todos los tipos de luz pueden generar anisotropía magnética. Para inducir esta propiedad, el color de la luz debe coincidir con la energía necesaria para cambiar el estado orbital del electrón. Es decir:cambiar la forma en que el electrón gira alrededor de un núcleo cargado positivamente. Como el giro del electrón y su movimiento orbital están estrechamente vinculados, las excitaciones ligeras inducen anisotropía, lo que da como resultado un movimiento de onda de giro bidimensional. "Este movimiento es coherente:todo el conjunto de espín se mueve en fase a altas frecuencias, "dice Jorrit Hortensius, un doctorado estudiante en TU Delft. "Esta es una solución elegante y al mismo tiempo prácticamente universal para manipular la anisotropía magnética en prácticamente cualquier imán bidimensional".

En este experimento de prueba de principio, el equipo demostró que la anisotropía se puede fotoinducir durante una pequeña fracción de tiempo, casi lo mismo que la duración del pulso de luz. Sin embargo, para aplicaciones prácticas, los cambios en el imán deben mantenerse durante un período de tiempo más largo. Los científicos esperan que los pulsos de luz de mayor duración ayuden a alcanzar este objetivo. Dr. Dmytro Afanasiev, quien actualmente trabaja en la Universidad de Regensburg dice:"Esperamos que pulsos de luz más largos puedan incluso promover el orden magnético por encima de la temperatura de orden de equilibrio, para que podamos observar en tiempo real cómo el estado ordenado surge del caos magnético. Esto sin duda aumentará nuestra comprensión del magnetismo en estos imanes de van der Waals ".

El estudio se publica en Avances de la ciencia .