Los científicos atrapan la luz dentro de un imán

Por City College de Nueva York20 de agosto de 2023

Los científicos han descubierto que atrapar la luz dentro de ciertos materiales magnéticos puede mejorar significativamente sus propiedades intrínsecas. Su estudio examinó un imán en capas específico capaz de albergar potentes excitones, lo que le permite atrapar la luz de forma independiente. Las reacciones ópticas de este material ante fenómenos magnéticos son notablemente más fuertes que las de los imanes normales.

Los investigadores han descubierto que atrapar la luz en materiales magnéticos específicos puede amplificar enormemente sus propiedades, ofreciendo innovaciones potenciales como los láseres magnéticos y una nueva perspectiva sobre la memoria magnética controlada ópticamente.

Un estudio innovador realizado por Vinod M. Menon y su equipo en el City College de Nueva York revela que atrapar la luz dentro de materiales magnéticos puede aumentar significativamente sus propiedades intrínsecas. Estas reacciones ópticas intensificadas en los imanes allanan el camino para innovaciones en láseres magnéticos, dispositivos de memoria magnetoóptica e incluso en aplicaciones emergentes de transducción cuántica.

Como se detalla en su nuevo artículo publicado el 16 de agosto en la revista Nature, Menon y su equipo investigaron las propiedades de un imán en capas que alberga excitones fuertemente unidos: cuasipartículas con interacciones ópticas particularmente fuertes. Por eso, el material es capaz de atrapar la luz por sí solo. Como muestran sus experimentos, las respuestas ópticas de este material a los fenómenos magnéticos son órdenes de magnitud más fuertes que las de los imanes típicos.

La luz atrapada dentro de un cristal magnético puede mejorar fuertemente sus interacciones magnetoópticas. Crédito: Rezlind Bushati

"Dado que la luz rebota hacia adelante y hacia atrás dentro del imán, las interacciones realmente mejoran", dijo el Dr. Florian Dirnberger, autor principal del estudio. “Para dar un ejemplo, cuando aplicamos un campo magnético externo, la reflexión de la luz en el infrarrojo cercano se altera tanto que el material básicamente cambia de color. Esa es una respuesta magnetoóptica bastante fuerte”.

"Normalmente, la luz no responde tan fuertemente al magnetismo", dijo Menon. "Esta es la razón por la que las aplicaciones tecnológicas basadas en efectos magnetoópticos a menudo requieren la implementación de esquemas de detección óptica sensibles".

Sobre cómo los avances pueden beneficiar a la gente común, el coautor del estudio, Jiamin Quan, señaló que: “Las aplicaciones tecnológicas de los materiales magnéticos hoy en día están relacionadas principalmente con fenómenos magnetoeléctricos. Dadas las fuertes interacciones entre el magnetismo y la luz, ahora podemos esperar crear algún día láseres magnéticos y reconsiderar viejos conceptos de memoria magnética controlada ópticamente”.

Referencia: “Magnetoóptica en un imán de Van der Waals sintonizado mediante polaritones autohibridados” por Florian Dirnberger, Jiamin Quan, Rezlind Bushati, Geoffrey M. Diederich, Matthias Florian, Julian Klein, Kseniia Mosina, Zdenek Sofer, Xiaodong Xu, Akashdeep Kamra, Francisco J. García-Vidal, Andrea Alù y Vinod M. Menon

Rezlind Bushati, un estudiante de posgrado del grupo Menon, también contribuyó al trabajo experimental.

The study conducted in close collaboration with Andrea Alù and his group at CUNY Advanced Science Research Center is the result of a major international collaboration. Experiments conducted at CCNY and ASRC were complemented by measurements taken at the University of WashingtonFounded in 1861, the University of Washington (UW, simply Washington, or informally U-Dub) is a public research university in Seattle, Washington, with additional campuses in Tacoma and Bothell. Classified as an R1 Doctoral Research University classification under the Carnegie Classification of Institutions of Higher Education, UW is a member of the Association of American Universities." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">University of Washington in the group of Prof. Xiaodong Xu by Dr. Geoffrey Diederich. Theoretical support was provided by Dr. Akashdeep Kamra and Prof. Francisco J. Garcia-Vidal from the Universidad Autónoma de Madrid and Dr. Matthias Florian from the University of Michigan. The materials were grown by Prof. Zdenek Sofer and Kseniia Mosina at the UCT Prague and the project was further supported by Dr. Julian Klein at MITMIT is an acronym for the Massachusetts Institute of Technology. It is a prestigious private research university in Cambridge, Massachusetts that was founded in 1861. It is organized into five Schools: architecture and planning; engineering; humanities, arts, and social sciences; management; and science. MIT's impact includes many scientific breakthroughs and technological advances. Their stated goal is to make a better world through education, research, and innovation." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">MIT. The work at CCNY was supported through the US Air Force Office of Scientific Research, the National Science Foundation (NSF) – Division of Materials Research, the NSF CREST IDEALS center, DARPAFormed in 1958 (as ARPA), the Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) is an agency of the United States Department of Defense responsible for the development of emerging technologies for use by the military. DARPA formulates and executes research and development projects to expand the frontiers of technology and science, often beyond immediate U.S. military requirements, by collaborating with academic, industry, and government partners." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">DARPA y la Fundación Alemana de Investigación.