Cientistas prendem a luz dentro de um ímã – abrindo caminho para inovações técnicas

Os cientistas descobriram que prender a luz dentro de certos materiais magnéticos pode melhorar muito suas propriedades intrínsecas. Seu estudo examinou ímãs em camadas específicos capazes de hospedar excitons fortes, permitindo que eles capturassem a luz de forma independente. As interações ópticas deste material com eventos magnéticos são significativamente mais fortes do que as dos ímãs comuns.

Os pesquisadores descobriram que o confinamento da luz em certos materiais magnéticos pode amplificar muito suas propriedades, fornecendo inovações potenciais, como lasers magnéticos e uma nova perspectiva sobre a memória magnética controlada opticamente.

Um estudo inovador de Vinod M Menon e sua equipe no City College de Nova York revela que prender a luz dentro de materiais magnéticos pode melhorar muito suas propriedades intrínsecas. Essas interações fotônicas aumentadas em ímãs abrem caminho para inovações em lasers magnéticos, dispositivos de memória magneto-óptica e até mesmo em aplicações emergentes de teletransporte quântico.

Conforme detalhado em seu novo artigo publicado em 16 de agosto na revista naturezaMenon e sua equipe investigaram as propriedades de ímãs em camadas que hospedam éxcitons altamente correlacionados – quasipartículas com interações fotônicas particularmente fortes. Por causa disso, a matéria é capaz de capturar a luz – por conta própria. Como mostram seus experimentos, as respostas ópticas desse material aos fenômenos magnéticos são mais fortes do que as dos ímãs típicos.

A luz aprisionada dentro de um cristal magnético pode aumentar fortemente suas interações magneto-ópticas. Crédito: Rezlind Bushati

“Como a luz salta para frente e para trás dentro do ímã, as interações são realmente aprimoradas”, disse o Dr. Florian Dernberger, principal autor do estudo. “Para dar um exemplo, quando aplicamos um campo magnético externo, a refletância da luz infravermelha próxima muda muito e o material basicamente muda de cor. Essa é uma resposta magneto-óptica muito forte.”

“Normalmente, a luz não responde fortemente ao magnetismo”, disse Menon. “É por isso que as aplicações tecnológicas baseadas em efeitos magneto-ópticos geralmente exigem a implementação de esquemas de detecção óptica sensíveis.”

Sobre como os avanços podem beneficiar as pessoas comuns, o co-autor do estudo, Jimin Kwan, observou: “Aplicações tecnológicas de materiais magnéticos hoje estão principalmente associadas a fenômenos eletromagnéticos. Dadas essas fortes interações entre magnetismo e luz, agora podemos esperar um dia criar lasers”. magnético e podemos revisitar velhas noções de memória magnética controlada opticamente.”

Referência: “Magnetic Optics in Van der Waals Magnets Tuned by Self-Hybridized Polarities” por Florian Dernberger, Jimin Cowan, Rislind Bouchaty, Jeffrey M. Dederich, Matthias Florian, Julien Klein, Ksenia Musina, Zdenek Sofer, Xiaodong Xu e Akashdeep. Kamra, Francisco J. García-Vidal, Andrea Alù e Vinod M. Menon, 16 de agosto de 2023, disponível aqui. natureza.
DOI: 10.1038/s41586-023-06275-2

Rislind Bushati, estudante de pós-graduação do grupo de Menon, também contribuiu para o trabalho experimental.

O estudo, conduzido em estreita colaboração com Andrea Alù e seu grupo no CUNY Center for Advanced Science Research, é o resultado de uma importante colaboração internacional. Experimentos realizados no CCNY e ASRC foram complementados com medições feitas em Universidade de Washington Na coleção do professor Xiaodong Xu pelo Dr. Jeffrey Diederich. O suporte teórico foi fornecido pelo Dr. Akashdeep Kamra e pelo Professor Francisco J. Garcia Vidal da Universidade Autônoma de Madrid e Dr. Matias Florian da Universidade de Michigan. Os materiais foram desenvolvidos pelo Prof. Zdenek Sofer e Kseniia Mosina na UCT Praga e o projeto foi apoiado pelo Dr. Julian Klein na Instituto de Tecnologia de Massachusetts. O trabalho no CCNY foi apoiado pelo Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea dos EUA, pela National Science Foundation (NSF) – Divisão de Pesquisa de Materiais e pelo NSF CREST IDEALS Center, DarpaFundação Alemã de Pesquisa.