Os ímãs de van der Waals atomicamente finos são amplamente vistos como a mídia compacta definitiva para o futuro armazenamento magnético de dados e processamento rápido de dados. Controlar o estado magnético desses materiais em tempo real, Contudo, provou ser difícil. Mas agora, uma equipe internacional de pesquisadores liderada pela Delft University of Technology (TU Delft) conseguiu usar a luz para alterar a anisotropia de um antiferroímã van der Waals sob demanda, pavimentando o caminho para o novo, meios extremamente eficientes de armazenamento de dados.

As finas camadas atômicas que compõem os ímãs de van der Waals podem parecer extremamente frágeis, mas podem ser cerca de 200 vezes mais fortes que o aço. Infelizmente, esta resistência mecânica não se traduz necessariamente em fortes propriedades magnéticas. A razão para isso é que, em duas dimensões, a ordem magnética desses ímãs torna-se especialmente vulnerável ao calor. Qualquer temperatura acima do zero absoluto (-273 ° C) ativa flutuações aleatórias na orientação dos spins microscópicos, que pode colapsar completamente a ordem magnética. Então, até que possamos controlar seu estado magnético, as promessas de ímãs atomicamente finos são apenas isso:promessas.

Controlando o magnetismo

A única maneira de neutralizar as agitações térmicas é colocar os spins magnéticos mais em algumas direções do material do que em outras. Ou, como os físicos o chamam:para induzir a anisotropia magnética. Isso torna mais difícil para os spins mudar sua orientação, elevando assim sua temperatura de pedido (conhecida como temperatura de Curie) muito acima do zero absoluto. Controlar a anisotropia em ímãs de baixa dimensão, em outras palavras, abre um caminho direto para controlar sua temperatura de pedido e, portanto, o próprio magnetismo.

Em seu estudo, a equipe internacional, que consistia em pesquisadores da Holanda, Espanha e Ucrânia, usou pulsos ultracurtos de luz, um trilhão de vezes mais curto do que um único segundo, para induzir a anisotropia magnética em um antiferroímã de van der Waals bidimensional. Por que usar luz? "Porque é um botão de controle muito conveniente, "Dr. Andrea Caviglia explica." Você pode ligá-lo e desligá-lo de forma simples e rápida e, portanto, manipular a anisotropia sob demanda, que é exatamente o que precisamos se quisermos começar a usar esses materiais para armazenamento de dados eficiente. "

Ajustando a cor

Variando sistematicamente a cor da luz do visível ao infravermelho próximo, os cientistas também descobriram que nem todo tipo de luz pode gerar anisotropia magnética. Para induzir esta propriedade, a cor da luz precisa corresponder à energia necessária para alterar o estado orbital do elétron. Quer dizer:para mudar a maneira como o elétron gira em torno de um núcleo carregado positivamente. Como o spin do elétron e seu movimento orbital estão intimamente ligados, as excitações de luz induzem anisotropia, o que resulta em um movimento de onda de spin bidimensional. "Este movimento é coerente - todo o conjunto de spin se move em fase em altas frequências, "diz Jorrit Hortensius, um Ph.D. estudante da TU Delft. "Esta é uma solução elegante e ao mesmo tempo praticamente universal para manipular a anisotropia magnética em praticamente qualquer ímã bidimensional."

Neste experimento de prova de princípio, a equipe mostrou que a anisotropia pode ser fotoinduzida por uma pequena fração de tempo, quase o mesmo que a duração do pulso de luz. Contudo, para aplicações práticas, as mudanças no ímã precisam ser sustentadas por um período de tempo mais longo. Os cientistas esperam que pulsos de luz com maior duração possam ajudar a atingir esse objetivo. Dr. Dmytro Afanasiev, que atualmente trabalha na Universidade de Regensburg diz:"Esperamos que pulsos de luz mais longos possam até mesmo promover a ordem magnética acima da temperatura de pedido de equilíbrio, para que possamos observar em tempo real como o estado ordenado surge do caos magnético. Isso certamente aumentará nossa compreensão do magnetismo nesses ímãs de van der Waals. "

O estudo é publicado em Avanços da Ciência .