El equipo del MIT utilizó un láser terahertz para influir directamente en los átomos de un material antiferromagnético. Al ajustar con precisión las oscilaciones del láser para que coincidieran con las vibraciones naturales de los átomos del material, pudieron modificar la alineación de los espines atómicos, creando así un nuevo estado magnético. Este método innovador abre perspectivas para el control y la conmutación de materiales antiferromagnéticos, esenciales para las futuras tecnologías de procesamiento de la información.
A diferencia de los ferromagnéticos, donde los espines de los átomos están alineados en la misma dirección, los antiferromagnéticos tienen espines alternados, lo que anula su magnetización global. Esta característica hace que los antiferromagnéticos sean insensibles a los campos magnéticos externos, pero también difíciles de manipular. El uso de la luz terahertz permite superar esta limitación, ofreciendo una nueva forma de controlar estos materiales.
Las aplicaciones potenciales de este descubrimiento son amplias, especialmente en la fabricación de chips de memoria. Los datos podrían almacenarse en dominios microscópicos del material, representando los bits '0' y '1' mediante configuraciones específicas de espines. Esta tecnología promete una mayor robustez frente a interferencias magnéticas, un menor consumo de energía y una densidad de almacenamiento mejorada.
El material utilizado en este estudio, el FePS3, presenta una transición a una fase antiferromagnética a una temperatura crítica. Al excitar las vibraciones atómicas del material con luz terahertz, los investigadores pudieron perturbar la alineación de los espines, induciendo un nuevo estado magnético. Esta transición persistió durante varios milisegundos después de apagar el láser, ofreciendo una ventana temporal para estudiar las propiedades de este estado.
Esta investigación abre el camino a nuevas técnicas para manipular materiales cuánticos, con implicaciones potenciales para las tecnologías de la información y la comunicación. La capacidad de inducir y mantener estados magnéticos en los antiferromagnéticos podría conducir a avances significativos en el campo del almacenamiento de datos y el procesamiento de la información.
El trabajo del equipo del MIT, publicado en Nature, demuestra la eficacia de la luz terahertz para manipular las propiedades magnéticas de los materiales antiferromagnéticos. Este enfoque podría extenderse a otros materiales cuánticos, ofreciendo nuevas perspectivas para la investigación fundamental y las aplicaciones tecnológicas.
¿Qué es la luz terahertz?
La luz terahertz se encuentra en una parte del espectro electromagnético entre las microondas y el infrarrojo. Se caracteriza por frecuencias que oscilan entre 0,1 y 10 terahertz, lo que corresponde a longitudes de onda que van de 3 mm a 30 µm.
Esta luz es particularmente interesante para la investigación científica porque puede interactuar con las vibraciones atómicas y moleculares de los materiales. A diferencia de los rayos X o los ultravioleta, la luz terahertz no es ionizante, lo que significa que no causa daños a los materiales biológicos o electrónicos.
Las aplicaciones de la luz terahertz son amplias, desde la imagen médica hasta la seguridad, pasando por las comunicaciones inalámbricas. En el campo de los materiales cuánticos, ofrece un método no invasivo para manipular las propiedades electrónicas y magnéticas a escala atómica.
¿Por qué los antiferromagnéticos son difíciles de manipular?
Los materiales antiferromagnéticos están compuestos por átomos cuyos espines están alternados, es decir, apuntan en direcciones opuestas. Esta configuración anula la magnetización global del material, haciéndolo insensible a los campos magnéticos externos.
Esta insensibilidad es tanto una ventaja como una desventaja. Por un lado, hace que los antiferromagnéticos sean robustos frente a perturbaciones magnéticas, lo que es ideal para aplicaciones que requieren una gran estabilidad. Por otro lado, hace que estos materiales sean difíciles de controlar y manipular, limitando su uso en las tecnologías actuales.
El descubrimiento del MIT, que utiliza luz terahertz para inducir un estado magnético en un antiferromagnético, abre nuevas posibilidades para superar estas limitaciones. Al ajustar con precisión la frecuencia de la luz para que coincida con las vibraciones atómicas del material, los investigadores pudieron perturbar la alineación de los espines, creando así un nuevo estado magnético.