Fizicienii au descoperit o modalitate de a face lumina să modifice natura fundamentală a materiei. Prin utilizarea impulsurilor laser pentru a excita perechi de magnoni - unde magnetice minuscule într-un cristal - cercetătorii pot schimba „amprenta” magnetică a unui material fără căldură sau elemente rare.
Imaginează-ți că poți modifica un material astfel încât să pară că se transformă într-unul complet diferit. Nu este nevoie de o baghetă magică sau de o poțiune specială - doar de lumină. Când lumina interacționează cu materialul, îi excită stările magnetice, declanșând vibrații magnetice colective. Aceste vibrații pot transmite și stoca informații la viteze de teraherți. Întregul proces se întâmplă la temperatura camerei și nu produce aproape deloc căldură. Chiar mai bine, nu se bazează pe materiale rare sau exotice. Cercetătorii au observat efectul în cristale comune, cultivate natural, care sunt disponibile pe scară largă.
Acum, imaginează-ți că folosești aceeași abordare pentru a accesa efecte cuantice - fenomene atât de delicate încât sunt observate de obicei doar aproape de zero absolut (aproximativ -270 de grade Celsius) - dar făcând-o la temperatura camerei, fără a fi nevoie de sisteme costisitoare de răcire.
Ar putea suna ca science fiction, dar această descoperire este reală. O echipă de fizicieni de la Universitatea din Konstanz, condusă de Davide Bossini, a dezvoltat o tehnică experimentală care face posibil acest lucru. Prin utilizarea impulsurilor laser pentru a excita coerent perechi de magnoni (cuante de unde de spin), cercetătorii au obținut efecte remarcabile care ar putea influența atât tehnologia informației, cât și cercetarea cuantică. Descoperirile lor au fost publicate în Science Advances.
**Tehnologie bazată pe magnoni**
Înainte de a aprofunda, ajută să înțelegem ce sunt magnonii și de ce sunt importanți. Lumea modernă generează cantități enorme de date prin inteligența artificială și „Internetul Lucrurilor”. Sistemele noastre actuale de informații sunt deja suprasolicitate, iar un blocaj de date amenință să încetinească progresul tehnologic. O soluție propusă este utilizarea spinilor de electroni - sau chiar mai bine, a undelor de mulți spini care se mișcă împreună - pentru a transporta informații. Aceste oscilații colective de spin se numesc magnoni. Ele se comportă ca unde și pot fi manipulate de lasere, permițând potențial transmiterea și stocarea datelor la frecvențe de teraherți.
Până acum, însă, oamenii de știință au putut excita magnonii doar la cele mai mici frecvențe ale lor folosind lumina, ceea ce le limitează potențialul. Pentru a valorifica magnonii pentru tehnologiile viitoare, cercetătorii trebuie să poată regla frecvența, amplitudinea și durata de viață a acestora. Echipa de la Konstanz a găsit acum o modalitate de a face exact asta. Prin excitarea directă a perechilor de magnoni - rezonanțele magnetice cu cea mai mare frecvență dintr-un material - ei au descoperit o nouă formă puternică de control.
**O surpriză enormă**
„Rezultatul a fost o surpriză enormă pentru noi. Nicio teorie nu a prezis vreodată asta”, spune Davide Bossini. Nu numai că procesul funcționează - dar are și efecte spectaculoase. Prin conducerea perechilor de magnoni de înaltă frecvență prin impulsuri laser, fizicienii au reușit să schimbe frecvențele și amplitudinile altor magnoni - și astfel proprietățile magnetice ale materialului - într-un mod non-termic.
„Fiecare solid are propriul set de frecvențe: tranziții electronice, vibrații ale rețelei, excitații magnetice. Fiecare material rezonează în felul său”, explică Bossini. Tocmai acest set de frecvențe poate fi influențat prin noul proces. „Schimbă natura materialului, 'ADN-ul magnetic al materialului', ca să spunem așa, 'amprenta' lui. A devenit practic un material diferit, cu proprietăți noi pentru moment”, spune Bossini. „Efectele nu sunt cauzate de excitația laser. Cauza este lumina, nu temperatura”, confirmă Bossini: „Putem schimba frecvențele și proprietățile materialului într-un mod non-termic.”
Avantajele sunt evidente: Metoda ar putea fi utilizată pentru stocarea viitoare a datelor și pentru transmiterea rapidă a datelor la rate de teraherți, fără ca sistemele să fie încetinite de acumularea de căldură. Nu sunt necesare materiale high-tech spectaculoase sau pământuri rare ca bază pentru proces, ci mai degrabă cristale cultivate natural - și anume minereul de fier hematit. „Hematitul este răspândit. Cu secole în urmă, era deja folosit pentru busole în navigație”, explică Bossini.
Este perfect posibil ca hematitul să fie folosit acum și pentru cercetarea cuantică în viitor. Rezultatele echipei Konstanz sugerează că, folosind noua metodă, cercetătorii vor putea produce condensate Bose-Einstein induse de lumină de magnoni de înaltă energie la temperatura camerei. Acest lucru ar deschide calea cercetării efectelor cuantice fără a fi nevoie de o răcire extensivă.
Sună a magie, dar este doar tehnologie și cercetare de ultimă oră. Proiectul a fost realizat în contextul Centrului de Cercetare Colaborativă SFB 1432 „Fluctuații și Non-liniarități în Materie Clasic și Cuantică dincolo de Echilibru”.