O professor Amir Capua, chefe do Laboratório de Spintrônica do Instituto de Física Aplicada e Engenharia Elétrica da Universidade Hebraica de Jerusalém, anunciou um avanço fundamental no domínio das interações luz-magnetismo. A descoberta inesperada da equipe revela um mecanismo em que um feixe de laser óptico controla o estado magnético em sólidos, prometendo aplicações tangíveis em vários setores.



“Esta descoberta marca uma mudança de paradigma na nossa compreensão da interação entre a luz e os materiais magnéticos”, afirmou o professor Capua. "Isso abre caminho para a tecnologia de memória de alta velocidade controlada pela luz, notadamente a memória de acesso aleatório magnetorresistiva (MRAM), e o desenvolvimento inovador de sensores ópticos. Na verdade, esta descoberta sinaliza um grande salto em nossa compreensão da dinâmica do magnetismo da luz."

A pesquisa desafia o pensamento convencional ao desvendar o aspecto magnético negligenciado da luz, que normalmente recebe menos atenção devido à resposta mais lenta dos ímãs em comparação com o comportamento rápido da radiação luminosa.

Através da sua investigação, a equipa desvendou um novo entendimento:o componente magnético de uma onda de luz em rápida oscilação possui a capacidade de controlar ímanes, redefinindo o princípio das relações físicas. Curiosamente, foi identificada uma relação matemática elementar que descreve a força da interação e liga a amplitude do campo magnético da luz, a sua frequência e a absorção de energia do material magnético.

A descoberta está intimamente ligada ao domínio das tecnologias quânticas e combinou princípios de duas comunidades científicas que até agora tinham pouca sobreposição. “Chegamos a esse entendimento usando princípios que estão bem estabelecidos nas comunidades de computação quântica e óptica quântica, mas nem tanto nas comunidades de spintrônica e magnetismo”, disse Capua.

A interação entre um material magnético e a radiação está bem estabelecida quando os dois estão em perfeito equilíbrio. No entanto, a situação em que existe radiação e material magnético que não estão em equilíbrio foi até agora descrita de forma muito parcial.

Este regime de desequilíbrio está no cerne da óptica quântica e das tecnologias de computação quântica. A partir do nosso exame deste regime de desequilíbrio em materiais magnéticos, ao mesmo tempo que tomamos emprestados princípios da física quântica, sustentámos a compreensão fundamental de que os ímanes podem até responder às escalas de tempo curtas da luz. Além disso, a interação acaba sendo muito significativa e eficiente.

“Nossas descobertas podem explicar uma variedade de resultados experimentais que foram relatados nas últimas 2 a 3 décadas”, explicou Capua.

“Esta descoberta tem implicações de longo alcance, particularmente no domínio do registo de dados utilizando luz e nano-ímanes”, disse o professor Capua. "Isso sugere a realização potencial de MRAM controlada opticamente ultrarrápida e eficiente em termos de energia e uma mudança sísmica no armazenamento e processamento de informações em diversos setores."

Além disso, paralelamente a esta descoberta, a equipa introduziu um sensor especializado capaz de detectar a parte magnética da luz. Ao contrário dos sensores tradicionais, este design inovador oferece versatilidade e integração em diversas aplicações, revolucionando potencialmente os designs de sensores e circuitos que utilizam a luz de diversas maneiras.

A pesquisa foi conduzida por Benjamin Assouline, Ph.D. candidato no Laboratório Spintronics, que desempenhou um papel vital nesta descoberta. Reconhecendo o impacto potencial da sua descoberta, a equipa solicitou várias patentes relacionadas.

Mais informações: Benjamin Assouline et al, Controle óptico dependente de helicidade do estado de magnetização emergente da equação de Landau-Lifshitz-Gilbert, Physical Review Research (2024). DOI:10.1103/PhysRevResearch.6.013012
Informações do diário: Pesquisa de revisão física

Fornecido pela Universidade Hebraica de Jerusalém