Revolucionário: Luz gera magnetismo em material isolante

Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/04/2024

Ao entrar no material, a luz do laser polarizada circularmente transfere sua polarização para os átomos, fazendo-os girar e gerar correntes atômicas. Se a frequência da luz corresponder à frequência de vibração dos átomos, o efeito é aumentado e um magnetismo forte é gerado.
[Imagem: Alexander Balatsky]

Luz gera magnetismo em isolante

Físicos demonstraram pela primeira vez como a luz pode fazer com que materiais apresentem comportamentos quânticos a temperatura ambiente - isso normalmente só acontece em temperaturas próximas ao zero absoluto.

E, para mostrar como essa descoberta pode ter impacto, a equipe usou a luz para fazer com que um material não magnético apresente magnetismo, mostrando que o avanço abre caminho para computadores, transferência de informações e armazenamento de dados mais rápidos e energeticamente mais eficientes. Embora não tenha sido demonstrada pela equipe, a supercondutividade é outro comportamento que emerge de efeitos quânticos, e sua indução por luz a temperatura ambiente pode revolucionar praticamente toda a nossa base tecnológica.

Na demonstração realizada agora, os pesquisadores submeteram o material quântico titanato de estrôncio (SrTiO₃) a feixes de laser curtos, mas intensos, de comprimento de onda e polarização bem definidos, o que fez com que o material apresentasse um magnetismo que normalmente não possui.

"A inovação neste método reside no conceito de permitir que a luz mova átomos e elétrons neste material em movimentos circulares, de modo a gerar correntes que o tornem tão magnético quanto um ímã de geladeira. Nós conseguimos fazer isto 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 em um experimento à temperatura ambiente. Além disso, nossa abordagem permite fabricar materiais magnéticos a partir de muitos isolantes, quando os ímãs são normalmente feitos de metais. No longo prazo, isso abre espaço para aplicações completamente novas na sociedade," disse o professor Stefano Bonetti, da Universidade de Estocolmo, na Suécia.

Esquema da realização experimental da multiferroicidade dinâmica.
[Imagem: M. Basini et al. - 10.1038/s41586-024-07175-9]

Efeitos práticos imediatos

A técnica é baseada na teoria da "multiferroicidade dinâmica", que prevê que, quando os átomos de titânio são "agitados" com luz polarizada circularmente - os átomos de titânio estão no material, que é um óxido à base de titânio e estrôncio - um campo magnético será formado.

Mas só agora a teoria pode ser confirmada na prática. "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", disse Alexander Balatsky, do Instituto Nórdico de Física Teórica.

Várias outras equipes de outros laboratórios prontamente reproduziram os resultados da equipe, demonstrando que esta abordagem pode ser usada para escrever e, portanto, armazenar informações magneticamente. Mas o titanato de estrôncio está envolvido em uma série de outros experimentos de fronteira, incluindo combustíveis limpos, eletrônicos no interior de cristais, sistemas de ar-condicionado inovadores, memórias holográficas 3D e muito mais.

• Criados ímãs ajustáveis por tensão

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