Gli scienziati intrappolano la luce all’interno di un magnete, aprendo la strada a innovazioni tecniche

Gli scienziati hanno scoperto che intrappolare la luce all’interno di determinati materiali magnetici può migliorare notevolmente le loro proprietà intrinseche. Il loro studio ha esaminato specifici magneti stratificati in grado di ospitare forti eccitoni, consentendo loro di intrappolare la luce in modo indipendente. Le interazioni ottiche di questo materiale con gli eventi magnetici sono significativamente più forti di quelle dei normali magneti.

I ricercatori hanno scoperto che confinare la luce in alcuni materiali magnetici può amplificare notevolmente le loro proprietà, fornendo potenziali innovazioni come i laser magnetici e una nuova prospettiva sulla memoria magnetica controllata otticamente.

Uno studio rivoluzionario di Vinod M Menon e del suo team presso il City College di New York rivela che intrappolare la luce all’interno di materiali magnetici può migliorare notevolmente le loro proprietà intrinseche. Queste maggiori interazioni fotoniche nei magneti aprono la strada a innovazioni nei laser magnetici, nei dispositivi di memoria magneto-ottici e persino nelle emergenti applicazioni di teletrasporto quantistico.

Come dettagliato nel loro nuovo articolo pubblicato il 16 agosto sulla rivista naturaMenon e il suo team hanno studiato le proprietà dei magneti stratificati che ospitano eccitoni altamente correlati, quasiparticelle con interazioni fotoniche particolarmente forti. Per questo motivo, la materia è in grado di intrappolare la luce, da sola. Come mostrano i loro esperimenti, le risposte ottiche di questo materiale ai fenomeni magnetici sono più forti di quelle dei tipici magneti.

La luce intrappolata all’interno di un cristallo magnetico può potenziare fortemente le sue interazioni magneto-ottiche. Credito: Rezlind Bushati

“Poiché la luce rimbalza avanti e indietro all’interno del magnete, le interazioni sono davvero migliorate”, ha affermato il dott. Florian Dernberger, autore principale dello studio. “Per fare un esempio, quando applichiamo un campo magnetico esterno, la riflettanza della luce nel vicino infrarosso cambia molto e il materiale sostanzialmente cambia colore. Questa è una risposta magneto-ottica molto forte”.

“Normalmente, la luce non risponde fortemente al magnetismo”, ha detto Menon. “Questo è il motivo per cui le applicazioni tecnologiche basate su effetti magneto-ottici richiedono spesso l’implementazione di schemi di rilevamento ottico sensibili”.

Su come i progressi possono giovare alla gente comune, il coautore dello studio Jimin Kwan ha osservato: “Le applicazioni tecnologiche dei materiali magnetici oggi sono per lo più associate a fenomeni elettromagnetici. Date queste forti interazioni tra magnetismo e luce, ora possiamo sperare di creare un giorno laser”. magnetico e potremmo rivisitare le vecchie nozioni di memoria magnetica controllata otticamente”.

Riferimento: “Ottica magnetica nei magneti di Van der Waals sintonizzati da polarità autoibridate” di 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 agosto 2023, disponibile qui. natura.
DOI: 10.1038/s41586-023-06275-2

Anche Rislind Bushati, uno studente laureato nel gruppo di Menon, ha contribuito al lavoro sperimentale.

Lo studio, condotto in stretta collaborazione con Andrea Alù e il suo gruppo presso il CUNY Center for Advanced Science Research, è il risultato di un’importante collaborazione internazionale. Gli esperimenti eseguiti presso CCNY e ASRC sono stati integrati con misurazioni effettuate Università di Washington Nella collezione del professor Xiaodong Xu del Dr. Jeffrey Diederich. Il supporto teorico è stato fornito dal Dr. Akashdeep Kamra e dal Professor Francisco J. Garcia Vidal dell’Università Autonoma di Madrid e il Dr. Matias Florian dell’Università del Michigan. I materiali sono stati sviluppati dal Prof. Zdenek Sofer e Kseniia Mosina presso l’UCT di Praga e il progetto è stato sostenuto dal Dr. Julian Klein presso Istituto di Tecnologia del Massachussetts. Il lavoro al CCNY è stato supportato dall’Ufficio per la ricerca scientifica dell’aeronautica statunitense, dalla National Science Foundation (NSF) – Divisione di ricerca sui materiali e dal Centro NSF CREST IDEALS, DarpaFondazione tedesca per la ricerca.