Bits magnéticos são gravados com luz

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Ferromagnetos e antiferromagnetos

Seja no seu computador, seja na nuvem, no final das contas seus dados estão quase sempre gravados em discos cujos bits são magnéticos.

As tecnologias atuais são baseadas em ferromagnetos, cujos estados podem ser facilmente revertidos por campos magnéticos.

Componentes de próxima geração, mais rápidos, mais densos e mais robustos, seriam possíveis usando uma classe de materiais diferente, conhecida como antiferromagnetos. Seu estado magnético, no entanto, é notoriamente difícil de controlar.

Agora, uma equipe do Instituto Max Planck (Alemanha) e da Universidade de Oxford (Reino Unido) conseguiram controlar o estado de um material antiferromagnético usando luz na frequência dos terahertz. O resultado é um efeito várias ordens de magnitude mais forte do que se havia conseguido até agora e em uma escala temporal muito menor.

Ankit Disa e seus colegas exploraram uma propriedade de alguns antiferromagnetos chamada piezomagnetismo, onde uma mudança na estrutura atômica leva a uma magnetização - o material usado é o fluoreto de cobalto (CoF2).

Essa mudança geralmente é feita aplicando uma pressão mecânica, mas esse é um processo lento e com o risco de quebrar o cristal.

Luz controlando magnetismo

Em vez de pressão, a equipe usou luz com energia suficiente para energizar a estrutura atômica do material e gerar fônons, quasipartículas que representam um quantum de vibração. Ajustando a frequência e a polarização dos pulsos de luz, a equipe conseguiu induzir as mesmas distorções estruturais que originam o piezomagnetismo sem precisar forçar o cristal.

Essa técnica inovadora permitiu criar uma magnetização 400 vezes mais forte que a alcançada anteriormente, e que ocorre em apenas 100 picossegundos. Para mudar a direção da magnetização - o que equivale a escrever e apagar o bit - basta alterar a polarização da luz.

"Essa técnica pode levar a interruptores optomagnéticos, por exemplo, para criar memórias que podem ser escritas e lidas com luz. Mais fundamentalmente, agora temos as ferramentas e o entendimento para projetar opticamente a estrutura dos materiais em escala atômica, o que pode ser aplicado para manipular funcionalidades em muitos tipos de sistemas, de ímãs a ferroelétricos e supercondutores," disse o professor Andrea Cavalleri.

Bibliografia:

Artigo: Polarizing an antiferromagnet by optical engineering of the crystal field
Autores: Ankit S. Disa, Michael Fechner, Tobia F. Nova, Biaolong Liu, Michael Först, Dharmalingam Prabhakaran, Paolo G. Radaelli, Andrea Cavaller
Revista: Nature Physics
DOI: 10.1038/s41567-020-0936-3