Científicos logran modificar el comportamiento de un material magnético en el vacío
Ciencia
Por: Cristhian Pagot - 11/13/2023
Por: Cristhian Pagot - 11/13/2023
Investigadores en Alemania y Estados Unidos han presentado la primera demostración teórica de que el estado magnético de un material extremadamente delgado, el α-RuCl3, puede controlarse únicamente colocándolo dentro de una cavidad óptica. De manera crucial, las fluctuaciones del vacío dentro de la cavidad son suficientes para cambiar el orden magnético del material de un antiferromagneto zigzag a un ferromagneto.
Un tema reciente en la investigación de la física de materiales ha sido el uso de luz láser intensa para modificar las propiedades de los materiales magnéticos. Al estudiar cuidadosamente las propiedades de la luz láser, los investigadores han logrado modificar drásticamente la conductividad eléctrica y las propiedades ópticas de diferentes materiales. Sin embargo, esto requiere una estimulación continua con láseres de alta intensidad y conlleva algunos problemas prácticos, principalmente la dificultad de evitar que el material se sobrecaliente. Por lo tanto, los investigadores buscan formas de obtener un control similar sobre los materiales usando luz, pero sin emplear láseres intensos.
Ahora, teóricos del Instituto Max Planck para la Estructura y Dinámica de la Materia (MPSD) en Hamburgo, Alemania, la Universidad de Stanford y la Universidad de Pensilvania (ambas en EE. UU.) han desarrollado un enfoque fundamentalmente diferente para cambiar las propiedades magnéticas de un material real en una cavidad, sin el uso de luz láser. Su colaboración demuestra que la cavidad sola es suficiente para transformar el antiferromagneto zigzag α-RuCl_{3} en un ferromagneto.
Esencialmente, el equipo demuestra que, incluso en una cavidad aparentemente oscura, el α-RuCl_{3} detecta modificaciones del entorno electromagnético y cambia su estado magnético en consecuencia. Este es un efecto puramente cuántico, que surge del hecho de que, dentro de la teoría cuántica, la cavidad vacía (técnicamente llamada estado de vacío) nunca está realmente vacía. En cambio, el campo de luz fluctúa de modo que las partículas de luz aparecen y desaparecen, lo que a su vez afecta las propiedades del material.
"La cavidad óptica confina el campo electromagnético a un volumen muy pequeño, aumentando así el acoplamiento efectivo entre la luz y el material", explica Emil Viñas Boström, investigador posdoctoral en el Grupo de Teoría del MPSD. "Nuestros resultados muestran que ingeniar cuidadosamente las fluctuaciones del vacío del campo eléctrico de la cavidad puede llevar a cambios drásticos en las propiedades magnéticas de un material". Como no se necesita excitación luminosa, el enfoque, en principio, elude los problemas asociados con la conducción láser continua.
Este es el primer trabajo que demuestra tal control de la cavidad sobre el magnetismo en un material real y sigue investigaciones previas sobre el control de la cavidad de materiales ferroeléctricos y superconductores. Los investigadores esperan que el diseño de cavidades específicas les ayude a realizar nuevas y esquivas fases de la materia y a comprender mejor la delicada interacción entre la luz y la materia.
La investigación fue publicada en la revista especializada npj | Computational Materials.