Ligar/desligar em trilionésimos de segundo:Campos magnéticos controlados opticamente
Esquema do experimento para rotação de Faraday induzida por bomba θF em discos de grafeno. A frequência da sonda e do feixe da bomba é definida como 3,5 THz. Uma placa de quarto de onda (placa λ/4) está localizada no caminho do feixe da bomba. Suas rotações de −45
o
e +45
o
gerar a esquerda (σ
+
)—e à direita (σ
−
) - feixe de bomba polarizado circularmente. O feixe da sonda é polarizado linearmente na direção vertical, o sinal de θF denota sua direção. Um polarizador de grade de arame está localizado no caminho do feixe da sonda e está alinhado a 45
o
em relação ao feixe da sonda incidente. Os feixes de sonda refletidos e transmitidos do polarizador de grade de arame são guiados para os bolômetros B2 e B1, respectivamente. Crédito:Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43412-x Físicos da Universidade de Duisburg-Essen e seus parceiros descobriram que pequenas folhas de grafeno podem se tornar eletroímãs sob radiação infravermelha. O estudo foi publicado na revista Nature Communications .
A amostra em si é invisível ao olho humano:existem pequenos discos numa superfície de 2 x 2 milímetros, cada um com um diâmetro de 1,2 micrómetros, apenas um centésimo da largura de um fio de cabelo humano médio. Eles consistem em duas camadas de grafeno – duas folhas de átomos de carbono que ficam uma sobre a outra como panquecas. Seus elétrons se movem livremente no material e podem ser influenciados por campos eletromagnéticos.
Martin Mittendorff da Física Experimental da Universidade de Duisburg-Essen (UDE) vem investigando ondas em sistemas de elétrons, os chamados plasmons, dentro do Collaborative Research Center 1242 há anos. Neste caso, a equipe usou radiação terahertz (THz) polarizada circularmente na faixa infravermelha para excitar os elétrons. “Você pode pensar nas folhas de grafeno como baldes cheios de água – os elétrons”, explica Mittendorff. “Se você mexer o interior do balde com um pedaço de pau, correntes circulares começam a se formar.” Prof. dr. Martin Mittendorff por trás da configuração experimental. Crédito:UDE/Andreas Reichert Por analogia, os portadores de carga excitados pela radiação THz em forma de saca-rolhas movem-se num movimento circular nos discos e, portanto, agem como pequenos eletroímãs. Dentro do experimento, foram gerados campos magnéticos na faixa de 0,5 Tesla; isso equivale a cerca de 10.000 vezes o campo magnético da Terra. A frequência do plasmon pode ser ajustada através do diâmetro do disco de grafeno. Em termos do seu efeito, os pequenos discos são comparáveis a ímanes permanentes fortes, mas podem ser ligados ou desligados em picossegundos – por outras palavras, numa trilionésima parte de segundo.
Embora os experimentos sejam de pesquisa básica, existem aplicações potenciais realistas:ao usar discos de grafeno, os físicos desenvolveram campos magnéticos opticamente comutados que podem ser usados para influenciar outros materiais nas proximidades. Nos pontos quânticos que iluminam telas, por exemplo, a cor da luz pode ser ajustada. Já os materiais magnetocalóricos mudam de temperatura dependendo do campo magnético aplicado.
Esta publicação é o resultado de uma colaboração entre o grupo de trabalho Mittendorff e parceiros nacionais e internacionais:Os discos de grafeno foram fabricados na Universidade de Maryland (EUA) e as medições foram realizadas no Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf.
Mais informações: Jeong Woo Han et al, Fortes campos magnéticos transitórios induzidos por plasmons acionados por THz em discos de grafeno, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43412-x Informações do diário: Comunicações da Natureza
