Em um artigo recente publicado em Nanoescala , pesquisadores do grupo de Nanomagnetismo da nanoGUNE demonstraram o uso de elementos híbridos magnético-plasmônicos para facilitar o controle seletivo de temperatura e sem contato em metamateriais magnéticos funcionais.

Em comparação com os atuais esquemas de aquecimento global, que são lentos e ineficientes em energia, aquecimento controlado por luz usando graus óticos de liberdade, como comprimento de onda, polarização, e poder, permite esquemas de aquecimento local eficientes para uso em computação nanomagnética ou para quantificar fenômenos emergentes coletivos em sistemas de spin artificiais.

Ímãs em nanoescala de domínio único que interagem por meio de interações magneto-estáticas sem contato são metamateriais essenciais para aplicações, incluindo dispositivos de armazenamento de dados magnéticos, processamento de informações de baixo consumo, e estudar fenômenos coletivos nos chamados gelos artificiais. Esses metamateriais magnéticos são fabricados usando nano-litografia de feixe de elétrons, onde qualquer arranjo bidimensional desejado de elementos magnéticos de filme fino com dimensões de algumas centenas de nanômetros pode ser projetado.

A funcionalidade de tais metamateriais magnéticos é determinada pela capacidade de reverter o momento líquido de cada nanoímã para minimizar as interações magnetostáticas mútuas gerais, o que acontece mais rapidamente em temperaturas elevadas. Ao longo dos anos, diferentes esquemas de aquecimento têm sido empregados para conduzir redes de nanoímãs interagindo a um estado de equilíbrio, variando de recozimento térmico de ímãs estáveis ​​à fabricação de elementos superparamagnéticos ultrafinos de flutuação rápida.

Atualmente, a excitação térmica de sistemas de spin artificiais é obtida por contato térmico com um reservatório quente, seja aquecendo todo o substrato subjacente, ou por uma corrente elétrica em um fio condutor próximo. Todas essas abordagens são energeticamente ineficientes, espacialmente não discriminativo, e intrinsecamente lento, com escalas de tempo de segundos a horas, tornando difícil alcançar um estado de equilíbrio verdadeiro em redes nanomagnéticas frustradas estendidas. Além disso, para implementação em dispositivos de metamateriais magnéticos, por exemplo. cristais magnônicos e circuitos lógicos nanomagnéticos, aquecimento global carece de controle, discriminação espacial, e velocidade necessária para operação integrada com tecnologia CMOS.

Aplicando uma abordagem híbrida que combina um nanoaquecedor plasmônico com um elemento magnético, nesse trabalho, os autores estabelecem o controle robusto e confiável de temperaturas locais em arranjos nanomagnéticos por meios ópticos sem contato. Aqui, O fotoaquecimento assistido por plasmon permite aumentos de temperatura de até várias centenas de Kelvins, que levam a reversões de momento termicamente ativadas e uma redução pronunciada do campo magnético coercitivo. Além disso, a seção transversal de absorção dependente de polarização de elementos plasmônicos alongados permite o aquecimento específico da sub-rede em escalas de tempo de subnanosegundos, o que não é possível com esquemas de aquecimento convencionais. Os autores quantificam experimentalmente as propriedades ópticas e magnéticas de matrizes de elementos híbridos únicos, bem como conjuntos semelhantes a vértices, e apresentar estratégias para alcançar eficiência, velozes, e controle seletivo da reversão magnética termicamente ativada pela escolha do ponto focal, potência da bomba, polarização da luz, e duração do pulso.

Portanto, o desenvolvimento de aquecimento óptico não invasivo assistido por plasmon eficiente de nanoímãs permite o controle flexível de comprimento e escalas de tempo da excitação térmica em metamateriais magnéticos. Isso permite estudos mais profundos das propriedades de equilíbrio e excitações emergentes em sistemas de spin artificiais, bem como portas abertas para o uso prático em aplicações como computação nanomagnética de baixa potência.