Recenti studi condotti presso l’Università Ebraica di Gerusalemme hanno portato alla luce una connessione inedita tra luce e magnetismo, aprendo la strada a tecnologie di memoria ultra-veloci controllate dalla luce e a sensori all’avanguardia capaci di rilevare le componenti magnetiche della luce. Questa scoperta è destinata a trasformare le pratiche di archiviazione dei dati e la produzione di dispositivi in vari settori.
Il professor Amir Capua, a capo del laboratorio di Spintronica presso l’Istituto di Fisica Applicata e Ingegneria Elettrica dell’Università Ebraica di Gerusalemme, ha annunciato una svolta fondamentale nel campo delle interazioni tra luce e magnetismo. Il team ha scoperto un meccanismo in cui un fascio laser ottico controlla lo stato magnetico nei solidi, promettendo applicazioni concrete in diverse industrie.
Un cambiamento di paradigma nella comprensione
“Questa scoperta segna un cambiamento di paradigma nella nostra comprensione dell’interazione tra luce e materiali magnetici”, ha dichiarato il professor Capua. “Essa apre la strada a tecnologie di memoria ad alta velocità controllate dalla luce, in particolare la Memoria ad Accesso Casuale Magnetoresistiva (MRAM), e allo sviluppo di sensori ottici innovativi. Infatti, questa scoperta rappresenta un grande passo avanti nella nostra comprensione della dinamica luce-magnetismo.”
La ricerca sfida il pensiero convenzionale svelando l’aspetto magnetico della luce, che di solito riceve meno attenzione a causa della risposta più lenta dei magneti rispetto al comportamento rapido della radiazione luminosa. Attraverso la loro indagine, il team ha scoperto una nuova comprensione: la componente magnetica di un’onda luminosa che oscilla rapidamente ha la capacità di controllare i magneti, ridefinendo le relazioni fisiche principali. È stata identificata una relazione matematica elementare che descrive la forza dell’interazione e collega l’ampiezza del campo magnetico della luce, la sua frequenza e l’assorbimento energetico del materiale magnetico.
Tecnologie quantistiche e materiali magnetici
La scoperta è strettamente legata al campo delle tecnologie quantistiche e combina principi di due comunità scientifiche che finora avevano poco in comune: “Siamo arrivati a questa comprensione utilizzando principi ben consolidati all’interno delle comunità di calcolo quantistico e ottica quantistica, ma meno noti nelle comunità di spintronica e magnetismo.” L’interazione tra un materiale magnetico e la radiazione è ben stabilita quando i due sono in perfetto equilibrio. Tuttavia, la situazione in cui sia la radiazione che il materiale magnetico non sono in equilibrio è stata finora descritta solo parzialmente. Questo regime di non equilibrio è al centro delle tecnologie di ottica quantistica e di calcolo quantistico. Dall’esame di questo regime di non equilibrio nei materiali magnetici, attingendo principi dalla fisica quantistica, abbiamo consolidato la comprensione fondamentale che i magneti possono rispondere anche alle brevi scale temporali della luce. Inoltre, l’interazione risulta essere molto significativa ed efficiente. “Le nostre scoperte possono spiegare una varietà di risultati sperimentali che sono stati riportati negli ultimi 2-3 decenni”, spiega Capua.
Implicazioni e applicazioni future
“Questa scoperta ha implicazioni di vasta portata, in particolare nel campo della registrazione dei dati utilizzando la luce e i nano-magneti”, ha commentato il professor Capua. “Essa suggerisce la potenziale realizzazione di MRAM controllata otticamente ultra-veloce ed efficiente dal punto di vista energetico, e un cambiamento sismico nella memorizzazione e nel trattamento delle informazioni in diversi settori.”
Inoltre, in concomitanza con questa scoperta, il team ha introdotto un sensore specializzato capace di rilevare la parte magnetica della luce. A differenza dei sensori tradizionali, questo design all’avanguardia offre versatilità e integrazione in varie applicazioni, potenzialmente rivoluzionando il design di sensori e circuiti che utilizzano la luce in modi diversi.
La ricerca è stata condotta dal dottorando Benjamin Assouline, che ha svolto un ruolo cruciale in questa scoperta rivoluzionaria. Riconoscendo l’impatto potenziale del loro lavoro, il team ha presentato domanda per diversi brevetti correlati.
