Pulsos de luz laser podem fazer com que qualquer material – incluindo isolantes – desenvolva um momento magnético relativamente grande. Este efeito, que foi demonstrado pela primeira vez por uma equipa internacional de investigadores, mostra que a luz laser pode induzir comportamento quântico mesmo à temperatura ambiente, e não apenas nas condições extremamente frias normalmente exigidas. Embora seja de interesse principalmente para a ciência fundamental, a técnica também pode ter aplicações para armazenamento de dados magnéticos mais rápido e eficiente.

Em seus experimentos, Stefano Bonetti of Universidade de Estocolmo e os votos de Universidade Ca 'Foscari de Veneza e colegas começaram com uma ideia relativamente simples. Ao aplicar luz laser que é polarizada circularmente - isto é, sua polarização traça uma forma semelhante a um saca-rolhas à medida que se propaga - e ressonante com a frequência das oscilações atômicas dentro de um material, eles perceberam que poderiam conduzir essas oscilações em um padrão circular e induzir assim um momento magnético.

Os investigadores foram encorajados no seu pensamento pela investigação teórica, que previu que os átomos que se movem em padrões circulares poderiam de facto induzir a magnetização em quase todos os materiais. “Dada minha experiência em magnetismo e minhas recentes investigações sobre dinâmica de fônons (vibrações de rede), acreditei que meu laboratório seria o cenário ideal para experimentar esse conceito”, diz Bonetti.

Fonte de luz polarizada induz grandes momentos magnéticos

Antes de começarem, os pesquisadores primeiro tiveram que desenvolver uma nova fonte de luz polarizada com uma frequência na faixa necessária de terahertz (infravermelho distante). Assim que a fonte ficou pronta, eles a usaram para disparar pulsos curtos e intensos em uma amostra de titanato de estrôncio (SrTiO₃). À temperatura ambiente, este material é um diamagneto paraelétrico com uma estrutura treliçada de perovskita cúbica. Os pesquisadores o escolheram porque alguns de seus átomos vibram em frequências terahertz – especificamente, em 3 THz com largura de banda de 0.5 THz.

A equipe descobriu que esses pulsos de luz induziam um fenômeno conhecido como multiferroicidade dinâmica. A multiferroicidade ocorre quando várias propriedades de um material têm, cada uma, seus próprios estados preferidos. Por exemplo, um material multiferróico pode ter momentos magnéticos que apontam em uma direção e carga elétrica que também se desloca em uma determinada direção. É importante ressaltar que os dois fenômenos são independentes um do outro.

Embora previsto pela teoria, esse fenômeno nunca havia sido demonstrado experimentalmente. Bonetti relata que o experimento também rendeu uma surpresa: os momentos magnéticos induzidos no material foram 10 mil vezes maiores do que a teoria prevê.

Aplicações de armazenamento magnético de dados

Os pesquisadores dizem que suas descobertas podem ser utilizadas em tecnologias de armazenamento de dados magnéticos, onde há grande interesse em novos métodos de codificação de informação magnética. Isso ocorre porque os domínios magnéticos podem ser trocados por um campo elétrico rápido e de baixa potência, em vez de por uma corrente elétrica (um processo que consome muita energia e é relativamente lento), como acontece com os domínios convencionais.

A equipe, que também inclui cientistas do Instituto Nórdico de Física Teórica (NORDITA) Na Suécia; a University of Connecticut e os votos de Laboratório Nacional de Aceleradores SLAC nos E.U.A; o Elettra-Sincrotrone Trieste e os votos de Universidade 'Sapienza' de Roma, ambos na Itália; e a Instituto Nacional de Ciência dos Materiais em Tsukuba, Japão, está agora trabalhando para compreender melhor a física da multiferroicidade dinâmica. “Isso será essencial para controlar melhor o efeito”, diz Bonetti Mundo da física. “Também pretendemos tornar o efeito mais persistente, pois atualmente ele só ocorre enquanto a luz do laser está ativa.”

Os experimentos são descritos em Natureza.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/laser-light-makes-a-material-magnetic/