Os sistemas numéricos modernos dependem de informações codificadas em unidades binárias simples de 0s e 1s. Em princípio, qualquer substância física que possa alternar de forma confiável entre duas configurações estáveis diferentes poderia servir como uma plataforma de armazenamento para esta informação binária.
Os materiais ferrosos se enquadram nesta categoria. Esses sólidos podem alternar entre dois estados diferentes. Exemplos bem conhecidos incluem ferromagnetos, que podem alternar entre direções magnéticas opostas, e ferroelétricos, que podem manter polarizações elétricas opostas. Sua capacidade de responder a campos magnéticos ou elétricos tornou os materiais ferrosos um componente importante de muitos dispositivos eletrônicos e de armazenamento de dados modernos.
No entanto, eles apresentam limitações: são sensíveis a perturbações externas (como campos magnéticos fortes próximos a discos rígidos) e seu desempenho normalmente se degrada com o tempo. Esses desafios levaram os pesquisadores a procurar métodos de armazenamento novos e mais resilientes.
Materiais de eixo de ferro e seu estado de vórtice anormal
Os materiais para eixos de ferro representam um novo ramo da família de materiais do ferro. Esses materiais não dependem de estados de polarização magnética ou elétrica, mas contêm redemoinhos dipolo elétricos. Essas correntes parasitas podem apontar em duas direções opostas, sem produzir nem magnetização líquida nem polarização elétrica líquida. São extremamente estáveis e naturalmente resistentes a campos externos, mas essa mesma estabilidade torna-os muito difíceis de manipular, limitando o progresso científico na área.
Mudando os estados do eixo de ferro usando luz terahertz
Uma equipe liderada por Andrea Cavalleri demonstrou agora uma maneira de controlar esses estados indescritíveis. Os pesquisadores usaram pulsos terahertz polarizados circularmente para alternar entre os domínios magnéticos do eixo de ferro no sentido horário e anti-horário em um material chamado dimolibdato de ferro rubídio (RbFe (MoO₄) 2).
“Nós exploramos o campo efetivo sintético produzido quando pulsos de terahertz fazem com que os íons em uma rede cristalina se movam em círculos”, explica o autor principal, Zhiyang Zeng. “Este campo efetivo pode se acoplar ao estado ferroaxial, assim como um campo magnético muda um ferromagneto ou um campo elétrico inverte um estado ferroelétrico”, acrescentou.
Ao alterar a helicidade, ou torção, dos pulsos polarizados circularmente, a equipe poderia estabilizar o arranjo dos dipolos elétricos no sentido horário ou anti-horário. Como aponta um dos autores, Michael Först, “Desta forma, a informação pode ser armazenada em ambos os estados do ferro. Como os materiais do eixo do ferro não são afetados por campos elétricos despolarizantes ou campos magnéticos dispersos, eles são candidatos extremamente promissores para armazenamento de dados estável e não volátil.”
Impacto na futura tecnologia de informação ultrarrápida
“Esta é uma descoberta emocionante que abre novas possibilidades para o desenvolvimento de plataformas poderosas de armazenamento de informações ultrarrápidas”, disse Andrea Cavalleri. Ele acrescentou que o trabalho também destaca a crescente importância dos campos circulares de fônons, que o grupo demonstrou pela primeira vez em 2017 como ferramentas poderosas para manipular as fases de materiais não convencionais.
Esta pesquisa foi apoiada em grande parte pela Sociedade Max Planck e pelo Centro de Pós-Graduação Max Planck para Materiais Quânticos, o que facilitou a colaboração com a Universidade de Oxford. Apoio adicional é fornecido pela Associação Alemã de Pesquisa através do Cluster de Excelência “CUI: Advanced Matter Imaging”. O MPSD também é parceiro do Centro de Ciência do Laser de Elétrons Livres (CFEL), do DESY e da Universidade de Hamburgo.
