- Pesquisadores demonstram controle de magnons a laser em temperatura ambiente em materiais magnéticos finos
- Pulsos de luz visível sintonizam frequências magnéticas sem condições criogênicas
- Ímãs em escala nanométrica são promissores para armazenamento mais rápido e computação sem silício
Os pesquisadores demonstraram uma nova maneira de ajustar o comportamento magnético em materiais extremamente finos usando pulsos de laser visíveis à temperatura ambiente.
O trabalho se concentra no controle dos magnons, que são excitações coletivas de spin que desempenham um papel fundamental em dispositivos magnéticos.
O estudo, publicado em Comunicações da Naturezamostra que ímãs com espessura nanométrica podem ter suas frequências magnônicas ajustadas para cima e para baixo sob demanda. O material utilizado tem apenas 20 nm de espessura, tornando-o compatível com designs eletrônicos densos.
Inúmeras possibilidades
Os Magnons já são fundamentais para tecnologias como unidades de disco rígido e conceitos emergentes de computação baseados em spin. Ser capaz de controlar a sua frequência com precisão tem sido visto há muito tempo como um requisito para dispositivos práticos.
Em experimentos anteriores, efeitos semelhantes só foram alcançados usando lasers infravermelhos médios, temperaturas criogênicas ou materiais volumosos. Essas restrições limitaram qualquer caminho realista rumo ao uso comercial.
Neste novo trabalho, os pesquisadores usaram pulsos curtos de laser de luz visível combinados com um modesto campo magnético externo abaixo de 200mT. Isso permitiu que as frequências magnon fossem deslocadas em até 40% de seu valor original.
Os experimentos foram realizados à temperatura ambiente usando um filme de granada de ítrio e ferro substituído por bismuto cultivado em um substrato de granada de gadolínio escândio e gálio (GSGG). O baixo amortecimento do filme e a forte resposta magneto-óptica provaram ser essenciais.
Ao ajustar a intensidade do laser e a força do campo magnético, a equipe pôde escolher com segurança se a frequência do magnon aumentava ou diminuía.
Este nível de controle vem da interação entre o aquecimento óptico, a anisotropia magnética e o campo aplicado.
Os pulsos de laser atuam como um mecanismo de ajuste ultrarrápido, em vez de uma simples fonte de calor. Eles alteram temporariamente a rigidez magnética do material, o que altera diretamente a rapidez com que os magnons oscilam.
Como o efeito opera em escalas de tempo de nanossegundos, ele abre a porta para elementos lógicos magnéticos que podem ser reconfigurados quase instantaneamente.
Esses dispositivos poderiam evitar alguns dos limites de calor e incrustação enfrentados pela eletrônica de silício.
A combinação de operação em temperatura ambiente, controle de luz visível e espessura em escala nanométrica significa que esta abordagem pode se encaixar em futuros sistemas de armazenamento, processamento de sinais e sistemas de computação baseados em spin.
Em termos simples, a investigação poderia ajudar a tornar a tecnologia quotidiana mais rápida e eficiente, sendo uma das utilizações mais óbvias o armazenamento de dados.
Discos rígidos e grandes servidores em nuvem dependem de materiais magnéticos, e ser capaz de controlá-los com mais precisão com a luz poderia permitir que os dados fossem gravados e movidos muito mais rapidamente do que são hoje.
Também poderia levar à criação de novos tipos de chips de computador que usam magnetismo em vez de corrente elétrica para processar informações.
Isso produziria menos calor e consumiria menos energia, o que poderia levar a laptops mais silenciosos, bateria com maior duração e – o Santo Graal dos hiperescaladores – data centers mais baratos de operar.
Outro uso possível é o hardware que pode mudar o que faz na hora. Em vez de um chip ser construído para uma única tarefa, a luz poderia ser usada para mudar seu comportamento quase instantaneamente, permitindo que uma peça de hardware realizasse diferentes tarefas.
Como o efeito funciona à temperatura ambiente e em camadas mais finas que um fio de cabelo humano, também não se limita a experiências de laboratório, o que significa que poderá eventualmente ser incorporado em telefones, computadores e sistemas de armazenamento portáteis que as pessoas já usam todos os dias.
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