Uma colaboração de pesquisa internacional foi pioneira na indução de magnetismo em materiais não magnéticos à temperatura ambiente usando luz laser, revolucionando potencialmente a tecnologia da informação e a ciência dos materiais. Crédito: SciTechDaily.com
O potencial da tecnologia quântica é enorme, mas hoje está amplamente limitado aos ambientes extremamente frios dos laboratórios. Agora, investigadores da Universidade de Estocolmo, do Instituto Nórdico de Física Teórica e da Universidade Ca’Foscari de Veneza conseguiram demonstrar pela primeira vez como a luz laser pode induzir comportamento quântico à temperatura ambiente. – e tornar magnéticos materiais não magnéticos. Espera-se que a inovação abra caminho para computadores, transferência de informações e armazenamento de dados mais rápidos e eficientes em termos energéticos.
Dentro de algumas décadas, espera-se que o avanço da tecnologia quântica revolucione várias das áreas mais importantes da sociedade e abra caminho para possibilidades tecnológicas completamente novas nas comunicações e na energia. De particular interesse para os pesquisadores da área são as propriedades peculiares e bizarras das partículas quânticas – que se desviam completamente das leis da física clássica e podem tornar os materiais magnéticos ou supercondutores. Ao aumentar a compreensão de exatamente como e por que surge esse tipo de estado quântico, o objetivo é ser capaz de controlar e manipular materiais para obter propriedades mecânicas quânticas.
Até agora, os investigadores só conseguiram induzir comportamentos quânticos, como magnetismo e supercondutividade, a temperaturas extremamente baixas. Portanto, o potencial da pesquisa quântica ainda está limitado a ambientes laboratoriais.
Stefano Bonetti em seu laboratório na Universidade de Estocolmo. Crédito: Fundação Knut e Alice Wallenberg/Magnus Bergström
Avanço nos efeitos quânticos da temperatura ambiente
Agora, uma equipe de pesquisa da Universidade de Estocolmo e do Instituto Nórdico de Física Teórica (NORDITA)* na Suécia, da Universidade de Connecticut e do Laboratório Nacional de Aceleradores SLAC nos EUA, do Instituto Nacional de Ciência de Materiais em Tsukuba, Japão, do Elettra-Sincrotrone Trieste, a Universidade ‘Sapienza’ de Roma e a Universidade Ca’ Foscari de Veneza, na Itália, são as primeiras no mundo a demonstrar numa experiência como a luz laser pode induzir magnetismo num material não magnético à temperatura ambiente. No estudo, publicado na revista científica Naturezaos pesquisadores submeteram o material quântico titanato de estrôncio a feixes de laser curtos, mas intensos, de comprimento de onda e polarização peculiares, ao magnetismo induzido.
Novas abordagens para manipulação de materiais
“A inovação desse método está no conceito de deixar a luz movimentar átomos e elétrons desse material em movimentos circulares, gerando correntes que o tornam tão magnético quanto um ímã de geladeira. Conseguimos fazer isso desenvolvendo uma nova fonte de luz no infravermelho distante com uma polarização em formato de “saca-rolhas”. Esta é a primeira vez que conseguimos induzir e ver claramente como o material se torna magnético à temperatura ambiente em um experimento. Além disso, nossa abordagem permite fabricar materiais magnéticos a partir de muitos isolantes, quando os ímãs são normalmente feitos de metais. A longo prazo, isto abre-se para aplicações completamente novas na sociedade”, afirma o líder da investigação Stefano Bonetti na Universidade de Estocolmo e na Universidade Ca’ Foscari de Veneza.
Aplicações práticas e implicações futuras
O método é baseado na teoria da “multiferroicidade dinâmica”, que prevê que quando os átomos de titânio são “agitados” com luz polarizada circularmente em um óxido à base de titânio e estrôncio, um campo magnético será formado. Mas só agora a teoria pode ser confirmada na prática. Espera-se que o avanço tenha amplas aplicações em diversas tecnologias de informação.
“Isso abre espaço para interruptores magnéticos ultrarrápidos que podem ser usados para transferência de informações mais rápida e armazenamento de dados consideravelmente melhor, e para computadores que são significativamente mais rápidos e mais eficientes em termos energéticos”, diz Alexander Balatsky, professor de física na NORDITA.
Na verdade, os resultados da equipa já foram reproduzidos em vários outros laboratórios, e uma publicação na mesma edição da Nature demonstra que esta abordagem pode ser usada para escrever e, portanto, armazenar informação magnética. Um novo capítulo na concepção de novos materiais utilizando luz foi aberto.
Referência: “Multiferroicidade dinâmica acionada por campo elétrico Terahertz em SrTiO3”por M. Basini, M. Pancaldi, B. Wehinger, M. Udina, V. Unikandanunni, T. Tadano, MC Hoffmann, AV Balatsky e S. Bonetti, Natureza.
DOI: 10.1038/s41586-024-07175-9
