CIENCIA

La luz láser hace que los materiales se vuelvan magnéticos

La luz láser puede inducir un comportamiento cuántico a temperatura ambiente y hacer magnéticos materiales no magnéticos

La física cuántica aparece hoy en día en películas de Hollywood y hasta en tratados de psicología, pero más allá de la ciencia ficción, la teoría cuántica explica el funcionamiento de los componentes básicos de la materia, y guarda la promesa de los próximos supercomputuradores cuánticos.

El potencial de la tecnología cuántica es enorme, pero hoy en día se limita en gran medida a los entornos extremadamente fríos de los laboratorios. Ahora, investigadores de la Universidad de Estocolmo, el Instituto Nórdico de Física Teórica y la Universidad Ca’ Foscari de Venecia han logrado demostrar por primera vez cómo la luz láser puede inducir un comportamiento cuántico a temperatura ambiente y hacer magnéticos materiales no magnéticos. Se espera que este avance allane el camino hacia ordenadores, transferencia de información y almacenamiento de datos más rápidos y eficientes energéticamente.

Dentro de unas décadas, se espera que el avance de la tecnología cuántica revolucione varios de los ámbitos más importantes de la sociedad y allane el camino a posibilidades tecnológicas completamente nuevas en comunicación y energía. De especial interés para los investigadores de este campo son las peculiares y extrañas propiedades de las partículas cuánticas, que se desvían completamente de las leyes de la física clásica y pueden hacer que los materiales sean magnéticos o superconductores. Aumentando la comprensión de cómo y por qué surgen exactamente este tipo de estados cuánticos, el objetivo es poder controlar y manipular los materiales para obtener propiedades de mecánica cuántica.

De la luz al magnetismo

Hasta ahora, los investigadores sólo han podido inducir comportamientos cuánticos, como el magnetismo y la superconductividad, a temperaturas extremadamente frías. Por tanto, el potencial de la investigación cuántica sigue limitado a los entornos de laboratorio.

Ahora, este equipo de investigadores es el primero del mundo en demostrar en un experimento cómo la luz láser puede inducir magnetismo en un material no magnético a temperatura ambiente. En el estudio, publicado en Nature, los investigadores sometieron el material cuántico titanato de estroncio a rayos láser cortos pero intensos de una longitud de onda y polarización peculiares, para inducir magnetismo.

«La innovación de este método radica en el concepto de dejar que la luz mueva los átomos y electrones de este material en movimiento circular, para así generar corrientes que lo hagan tan magnético como un imán de nevera. Lo hemos conseguido desarrollando una nueva fuente de luz en el infrarrojo lejano con una polarización en forma de «sacacorchos». Es la primera vez que hemos podido inducir y ver claramente cómo el material se vuelve magnético a temperatura ambiente en un experimento. Además, nuestro enfoque permite fabricar materiales magnéticos a partir de muchos aislantes, cuando los imanes suelen estar hechos de metales. A largo plazo, esto abre nuevas aplicaciones en la sociedad», afirma Stefano Bonetti, investigador principal de la Universidad de Estocolmo y la Universidad Ca’ Foscari de Venecia.

El método se basa en la teoría de la «multiferroicidad dinámica», que predice que cuando los átomos de titanio se «agitan» con luz polarizada circularmente en un óxido a base de titanio y estroncio, se forma un campo magnético. Pero es ahora cuando la teoría puede confirmarse en la práctica. Se espera que el avance tenga amplias aplicaciones en varias tecnologías de la información.

«Esto abre la puerta a interruptores magnéticos ultrarrápidos que pueden utilizarse para una transferencia de información más rápida y un almacenamiento de datos considerablemente mejor, y a ordenadores mucho más rápidos y eficientes desde el punto de vista energético», afirma Alexander Balatsky, catedrático de Física de NORDITA.

De hecho, los resultados del equipo ya se han reproducido en otros laboratorios, y una publicación en el mismo número de Nature demuestra que este enfoque puede utilizarse para escribir, y por tanto almacenar, información magnética. Se ha abierto un nuevo capítulo en el diseño de nuevos materiales utilizando la luz.

REFERENCIA

Terahertz electric-field-driven dynamical multiferroicity in SrTiO3

Amina Jover

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