La manipulació de pols làser ultracurt d'estats magnètics sòlids redefineix la comprensió de la dinàmica optomagnètica

Recentment, un estudi recent ha demostrat una relació fins ara no descoberta entre la llum i el magnetisme, un descobriment que proporcionarà un camí eficaç per al futur naixement de la tecnologia d'emmagatzematge controlat per la llum ultraràpida i la tecnologia creativa de sensors optomagnètics, potencialment revolucionant la manera en quins dispositius es fabriquen i com s'emmagatzemen les dades en diversos sectors.

L'estudi prové de l'equip d'investigació d'Amir Kapua, professor i director del Laboratori de Spintronics de l'Institut de Física Aplicada i Enginyeria Elèctrica de la Universitat Hebrea de Jerusalem. L'estudi exposa el procés pel qual un raig làser manipula l'estat magnètic d'un sòlid, indicant un canvi de paradigma en la comprensió humana de la interacció entre la llum i els materials magnètics.
(Canvi de paradigma: és un canvi profund que implica un canvi fonamental en els patrons de pensament, els valors i les maneres de conèixer. Igual que un canvi en els marcs teòrics o els sistemes teòrics de la ciència, un canvi de paradigma implica un reexamen de com s'entenen les coses i un renovació de com es descriuen. Ens requereix una reavaluació fonamental dels conceptes, teories i pràctiques existents, que al seu torn avança el camp en el seu conjunt.)
Un món on la llum i el magnetisme ballen junts
Com tots sabem, la llum i el magnetisme semblen dos fenòmens físics molt diferents, però de fet estan estretament connectats. La llum, la font invisible d'energia, pot viatjar instantàniament milers de quilòmetres; i el magnetisme, el misteriós camp de força, pot guiar els objectes per moure's d'una manera direccional. La interacció entre ells és com la cooperació tàcita entre ballarins, silenciosa però plena de poder.
La llum, amb la seva dualitat ona-partícula, pot moure's a la velocitat de la llum i transmetre energia. El magnetisme, en canvi, és el camp de força generat quan els electrons giren al voltant del nucli d'un àtom. Però quan la llum es troba amb el magnetisme, passa alguna cosa meravellosa. La llum és capaç de desencadenar una reacció magnètica i el magnetisme pot afectar la propagació de la llum. És com si hi hagués un vincle invisible entre ells, influint i interactuant entre ells.
Aquesta interacció és encara més notable en el món microscòpic. Quan un fotó es troba amb un imant, hi ha una estranya ressonància entre tots dos. Aquesta ressonància no és un simple intercanvi d'energia, sinó un nivell més profund de penetració i integració mútues. Junts construeixen un camp electromagnètic complex i organitzat que permet connectar tot el que hi ha a l'univers.
Aquesta connexió, que no només existeix al microcosmos, també s'estén al macrocosmos. A les nostres vides, la llum i el magnetisme s'utilitzen a tot arreu. Des de brúixoles fins a telèfons mòbils, de televisors a ordinadors, la interacció entre la llum i el magnetisme és indispensable darrere. Permeten transmetre informació i funcionar el món.
La capacitat de les ones de llum que oscil·len ràpidament per manipular imants
Redefinició de les interaccions físiques fonamentals
Inesperadament, aquesta nova investigació redefineix la comprensió de la interacció llum-imant i representa un gran salt endavant en la comprensió humana de la dinàmica fotomagnètica.
El descobriment de l'equip revela una nova teoria: la capacitat del component magnètic de les ones de llum que oscil·len ràpidament per manipular imants redefineix les interaccions físiques fonamentals que s'han passat per alt perquè els imants responen més lentament que la radiació lluminosa. Anteriorment, quan els materials magnètics i la radiació òptica estaven en perfecte equilibri, es va confirmar l'existència d'una interacció entre ambdós. Però fins ara, la relació entre la radiació lumínica i els materials magnètics no equilibrats només s'ha descrit molt breument.
S'entén que l'equip d'investigació afirma que hi ha una relació matemàtica senzilla entre l'amplitud, la freqüència i l'absorció d'energia dels materials magnètics que descriu la força de la interacció. Aquesta realització s'aconsegueix utilitzant principis ben establerts a les comunitats de computació quàntica i òptica quàntica, però no a les comunitats d'espintrònica i magnetisme.
El principi bàsic de la computació quàntica i l'òptica quàntica és una nova manera d'utilitzar les propietats i lleis de la mecànica quàntica per al processament i la transferència d'informació. Aquesta nova manera ens pot ajudar a aconseguir capacitats computacionals i de processament de la informació més eficients i potents, així com ens ajudarà a comprendre i utilitzar millor el comportament de la llum.
En informàtica quàntica, utilitzem un bit quàntic com a unitat bàsica de càlcul, que té una capacitat especial d'estar en dos estats, 0 i 1, alhora, que s'anomena estat de superposició. Utilitzant aquesta propietat d'estat de superposició, podem realitzar un processament i un càlcul de la informació més eficients i potents.
I en òptica quàntica, estudiem el comportament i les propietats de la llum a nivell quàntic. Fenòmens com la naturalesa de partícules de la llum, la interferència i la difracció de la llum es poden descriure en el llenguatge de la mecànica quàntica. Mitjançant aquests estudis, podem entendre millor el comportament de la llum i utilitzar aquesta comprensió per desenvolupar noves tecnologies i aplicacions.
Per tant, l'equip d'investigació va utilitzar conceptes de la física quàntica per estudiar els estats de no equilibri dels materials magnètics, alhora que va demostrar la idea bàsica que els imants poden respondre a la llum a escales de temps curtes. Per a polsos làser ultracurts prou forts, la magnetització pot respondre dins del període òptic, per la qual cosa només cal tenir en compte l'equació LLG (L'equació LLG és una equació fonamental que descriu el comportament dinàmic dels imants i s'utilitza àmpliament en magnetisme, electromagnetisme, i altres camps.) en el camp magnètic òptic, es pot aconseguir un control òptic de la magnetització.
Aquesta conclusió té una gran importància revolucionària i obre el camí per al desenvolupament de tecnologies d'emmagatzematge d'alta velocitat controlades òpticament, especialment la memòria d'accés aleatori magnetoresistiva (MRAM) i sensors òptics innovadors.