Uma equipe internacional liderada por pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Delft (TU Delft) conseguiu manipular o estado magnético de um material magnético agitando-o opticamente. Todo o processo acontece em um período de tempo extremamente curto, de menos de alguns picossegundos. Em tempos de estagnação das tendências de eficiência da tecnologia atual, esse controle ultrarrápido do magnetismo atomicamente acionado abre novas perspectivas para a tecnologia da informação. Os resultados, que foram publicados em Materiais da Natureza , poderia eventualmente levar a tecnologias de processamento de dados rápidas e eficientes em termos de energia, que são essenciais para acompanhar nossa fome de dados.

De acordo com Dick Tracy - famoso herói dos quadrinhos que estreou em 1931 - a nação que controla o magnetismo controlará o universo. Pode-se argumentar que, hoje, essa ideia parece muito mais verossímil do que naquela época. Os materiais magnéticos são muito usados ​​na vida moderna, com aplicações que variam de ímãs de geladeira a data centers da Big Tech, que os usam para armazenar informações.

Estrutura de cristal e magnetismo

Nossa demanda cada vez maior por processamento de dados exige novos métodos para manipular e controlar o estado dos materiais magnéticos em escalas de tempo curtas. Esses materiais hospedam trilhões de momentos magnéticos elementares mutuamente alinhados, chamados spins, cujo arranjo é determinado principalmente pelo arranjo dos átomos na rede cristalina. Portanto, o caminho mais natural para o controle do estado magnético é mudar a configuração do cristal.

A alta pressão mecânica é normalmente necessária para causar um impacto suficiente nas propriedades magnéticas, que pode ser conseguido através do uso de uma grande prensa hidráulica. Contudo, aplicar uma tensão mecânica é intrinsecamente um processo muito lento. Uma equipe internacional de cientistas de Delft, Nijmegen, Lancaster, Liège e Kiev propuseram e realizaram experimentalmente uma solução elegante para este problema. Usando a luz para agitar opticamente um ímã estimulando ressonantemente vibrações atômicas específicas da rede, eles conseguiram mudar seu estado magnético.

Uma visão artística da nova ordem magnética que surge após sacudir opticamente os átomos. Os átomos e spins azuis e vermelhos bem ordenados representam a nova ordem magnética.

Tremendo com luz

"Nós agitamos opticamente a rede de uma ortoferrita antiferromagnética disprósio, um ímã que é feito de pequenos momentos magnéticos alternados para cima e para baixo e, portanto, não tem uma magnetização líquida, ao contrário dos familiares ímãs de geladeira, "diz TU Delft, pesquisador de pós-doutorado, Dmytro Afanasiev. Depois de agitar o cristal por um período muito curto de tempo, os pesquisadores mediram como as propriedades magnéticas evoluíram. Eles descobriram que o sistema magnético do antiferroímã muda após o tremor, de modo que uma magnetização líquida aparece:por uma fração de tempo, o material se torna semelhante a um ímã de geladeira comum.

Mais importante, tudo isso ocorre em um período de tempo sem precedentes, de menos de alguns picossegundos (milionésimo de milionésimo de segundo). Isso não é apenas ordens de magnitude mais curto do que o tempo de gravação em discos rígidos de computadores modernos, mas se aproxima do limite fundamental para o processo de comutação. Isso significa que bits magnéticos em discos rígidos futuros podem ser gravados muito rapidamente com esse novo método.

Afanasiev enfatiza a necessidade de explorar mais essa direção de pesquisa:"Essas descobertas estimularão pesquisas futuras para explorar e compreender os mecanismos exatos que governam o controle da rede ultrarrápida do estado magnético." Andrea Caviglia, professor associado e líder do grupo de pesquisa da TU Delft, acrescenta:"Compreender este tipo de ciência não nos permitirá controlar todo o universo, como Dick Tracy acreditava. Mas pode nos permitir controlar uma parte importante e tecnologicamente influente dela. "