Un nuevo estudio de la Universidad Hebrea descubrió una conexión previamente desconocida entre la luz y el magnetismo. Este descubrimiento podría conducir a una tecnología de memoria controlada por luz súper rápida y sensores innovadores que detecten la parte magnética de la luz. Se espera que este avance revolucione la forma en que almacenamos datos y construimos dispositivos en diversas industrias.
El profesor Amir Capua, jefe del Laboratorio de Espintrónica del Instituto de Física Aplicada e Ingeniería Eléctrica de la Universidad Hebrea de Jerusalem, anunció un avance fundamental en el ámbito de las interacciones entre la luz y el magnetismo.
El inesperado descubrimiento del equipo revela un mecanismo en el que un rayo láser óptico controla el estado magnético de los sólidos, lo que promete aplicaciones tangibles en diversas industrias.
“Este avance marca un cambio de paradigma en la interacción entre la luz y los materiales magnéticos”, afirmó el profesor Capua. “Allana el camino para la tecnología de memoria de alta velocidad controlada por la luz, en particular la memoria de acceso aleatorio magnetoresistiva (MRAM), y el desarrollo innovador de sensores ópticos. De hecho, este descubrimiento señala un gran salto en nuestra comprensión de la dinámica del magnetismo de la luz”.
La investigación desafía el pensamiento convencional al desentrañar el aspecto magnético de la luz que se pasa por alto, que generalmente recibe menos atención debido a la respuesta más lenta de los imanes en comparación con el rápido comportamiento de la radiación de luz.
A través de su investigación, el equipo desentrañó una nueva comprensión: el componente magnético de una onda de luz que oscila rápidamente posee la capacidad de controlar los imanes, redefiniendo las relaciones físicas principales.
Curiosamente, se identificó una relación matemática elemental que describe la fuerza de la interacción y vincula la amplitud del campo magnético de la luz, su frecuencia y la absorción de energía del material magnético.
El descubrimiento está estrechamente vinculado al ámbito de las tecnologías cuánticas y combina principios de dos comunidades científicas que hasta ahora tenían poca superposición: “Llegamos a esta comprensión utilizando principios que están bien establecidos dentro de las comunidades de computación cuántica y óptica cuántica, pero no tanto en las comunidades de espintrónica y magnetismo”.
La interacción entre un material magnético y la radiación está bien establecida cuando los dos están en perfecto equilibrio. Sin embargo, la situación en la que tanto la radiación como el material magnético no están en equilibrio se ha descrito hasta ahora de forma muy parcial. Este régimen de no equilibrio es el núcleo de la óptica cuántica y las tecnologías de computación cuántica.
A partir de nuestro examen de este régimen de no equilibrio en materiales magnéticos, mientras tomamos prestados principios de la física cuántica, hemos apuntalado la comprensión fundamental de que los imanes pueden incluso responder a las escalas de tiempo cortas de la luz. Además, la interacción resulta ser muy significativa y eficiente. “Nuestros hallazgos pueden explicar una variedad de resultados experimentales que se han reportado en las últimas 2-3 décadas”, explica Capua.
Este descubrimiento tiene implicancias de gran alcance, especialmente en el ámbito del registro de datos utilizando luz y nanoimanes. Insinúa la realización potencial de MRAM controlada ópticamente ultrarrápida y energéticamente eficiente, y un cambio sísmico en el almacenamiento y procesamiento de información en diversos sectores.
Prof. Amir Capua
Además, junto con este descubrimiento, el equipo introdujo un sensor especializado capaz de detectar la parte magnética de la luz. A diferencia de los sensores tradicionales, este diseño de vanguardia ofrece versatilidad e integración en diversas aplicaciones, lo que podría revolucionar los diseños de sensores y circuitos que utilizan la luz de diversas maneras.
La investigación fue realizada por Benjamin Assouline, candidato a doctorado en el Laboratorio de Espintrónica, quien desempeñó un papel vital en este descubrimiento innovador.
Reconociendo el impacto potencial de su avance, el equipo ha solicitado varias patentes relacionadas.
La investigación fue apoyada por la Fundación de Ciencias de Israel, el Centro Peter Brojde de Ingeniería Innovadora y Ciencias de la Computación, y el Centro de Nanociencia y Nanotecnología de la Universidad Hebrea de Jerusalem.
El artículo titulado “Helicity-dependent optical control of the magnetization state emerging from the Landau-Lifshitz-Gilbert equation”, se publicó en Physical Review Research.
