Los físicos manipulan el magnetismo con luz

Los físicos Carina Belvin (izquierda) y Edoardo Baldini trabajan en el laboratorio del MIT del profesor Nuh Gedik. Ellos y sus colegas han encontrado una nueva forma de manipular el magnetismo en un material con luz. Crédito: Tianchuang Luo

Con la ayuda de un «patio de juegos» que crearon para observar la física exótica, los científicos y colegas del MIT no solo han encontrado una nueva forma de manipular el magnetismo en un material con luz, sino que también han realizado una forma rara de materia. El primero podría conducir a aplicaciones que incluyan dispositivos de almacenamiento de memoria de computadora que puedan leer o escribir información de una manera mucho más rápida, mientras que el segundo introduce una nueva física.

Un material sólido está compuesto por diferentes tipos de partículas elementales, como protones y neutrones. También son ubicuos en tales materiales las «cuasipartículas» con las que el público está menos familiarizado. Estos incluyen excitones, que están compuestos de un electrón y un «agujero», o el espacio dejado atrás cuando la luz brilla sobre un material y la energía de un fotón hace que un electrón salte de su posición habitual. Sin embargo, a través de los misterios de la mecánica cuántica, el electrón y el agujero todavía están conectados y pueden «comunicarse» entre sí a través de interacciones electrostáticas.

Te puede interesar:Los físicos recrean la materia de los primeros momentos del universo y detectan 100 raras «partículas X»

«Los excitones pueden considerarse como paquetes de energía que se propagan a través de un sistema», dice Edoardo Baldini, uno de los dos autores principales de un artículo sobre el trabajo en Nature Communications. Baldini, ahora profesor de la Universidad de Texas en Austin, era un asociado postdoctoral del MIT cuando el trabajo se realizó en el laboratorio de Nuh Gedik, profesor de física del MIT. La otra autora principal es Carina Belvin, estudiante de doctorado en el grupo Gedik.

“Los excitones en este material son bastante únicos en el sentido de que están acoplados al magnetismo en el sistema. Fue bastante impresionante poder «patear» los excitones con luz y observar los cambios asociados en el magnetismo «, dice Gedik, quien también está asociado con el Laboratorio de Investigación de Materiales del MIT.

Magnetismo manipulador

Te puede interesar:Pietrabbondante: uno de los últimos santuarios samnitas

El trabajo actual implica la creación de excitones inusuales en el material trisulfuro de fósforo de níquel (NiPS3). Estos excitones están «vestidos» o afectados por el entorno que los rodea. En este caso, ese entorno es magnetismo. «Entonces, lo que encontramos es que al excitar estos excitones podemos manipular el magnetismo en el material», dice Belvin.

Un imán funciona debido a una propiedad de electrones llamada espín (otra propiedad más familiar de los electrones es su carga). El giro puede considerarse como un imán elemental, en el que los electrones en un átomo son como pequeñas agujas orientadas de cierta manera. En los imanes de su refrigerador, todos los giros apuntan en la misma dirección, y el material se conoce como ferromagneto. En el material utilizado por el equipo del MIT, los giros alternos apuntan en direcciones opuestas, formando un antiferromagneto.

Los físicos descubrieron que un pulso de luz hace que cada uno de los pequeños «agujas» de electrones en NiPS3 comience a girar en círculo. Los giros giratorios están sincronizados y forman una onda en todo el material, conocida como onda giratoria. Las ondas giratorias se pueden usar en electrónica de espín, o spintronics, un campo que se introdujo en la década de 1960.

Te puede interesar:El piloto registra la desconcertante «flota» de ovnis sobre el Pacífico

Spintronics esencialmente usa el giro de los electrones para ir más allá de la electrónica, que se basa en su carga. La capacidad de crear ondas de espín en un material antiferroeléctrico podría conducir a futuros dispositivos de memoria de computadora que puedan leer o escribir información de una manera mucho más rápida que aquellos basados solo en electrónica. “Todavía no estamos allí. En este documento hemos demostrado un proceso que subyace a la conmutación de dominio coherente: el siguiente paso es cambiar dominios «, dice Baldini.

Forma rara de materia

A través de su trabajo, el equipo también demostró una forma rara de materia. Cuando los físicos expusieron a NiPS3 a intensos pulsos de luz, descubrieron que se convirtió en un estado metálico que conduce electrones mientras mantiene su magnetismo. NiPS3 es normalmente un aislante (un material que no conduce electrones). «Es muy raro tener un antiferromagneto y un estado metálico en el mismo material», dice Belvin.

Te puede interesar:Piscis and Cancer love story: hit or miss?

Los físicos creen que esto sucede porque la luz intensa hace que los excitones colisionen entre sí y se rompan en sus componentes: electrones y agujeros. «Básicamente estamos destruyendo los excitones, para que los electrones y los agujeros puedan moverse como los de un metal», dice Baldini. Pero estas partículas móviles no interactúan con los espines de electrones localizados que participan en la onda de espín, por lo que se retiene el magnetismo.

Baldini describe la configuración experimental como un «patio de juegos para observar la física de muchos cuerpos», que define como «la interacción elegante entre diferentes cuerpos como excitones y ondas de espín».»Concluye,» lo que realmente me gustó de este trabajo fue que muestra la complejidad del mundo que nos rodea.»

Otros autores del artículo del MIT son el profesor de física Senthil Todadri, Ilkem Ozge Ozel (Ph.D. ’18), Dan Mao (Ph.D. ’21, ahora en la Universidad de Cornell), Hoi Chun Po (compañero postdoctoral ’18-’21, ahora en Hong Kong University of Clifford Science y estudiante). Autores adicionales son Suhan Son, Inho Hwang y Je-Geun Park del Instituto de Ciencias Básicas (Corea) y la Universidad Nacional de Seúl; Beom Hyun Kim del Instituto de Corea para

Te puede interesar:El bar Pompeya de «comida rápida» desenterrado en la ciudad antigua después de 2.000 años, puede visitarlo ahora

FUENTE: ENLACE

En este contexto, te presentamos un video que explora cómo los físicos manipulan el magnetismo utilizando la luz y las implicaciones de este fascinante descubrimiento.