Gli scienziati intrappolano la luce all'interno di un magnete

Dal City College di New York20 agosto 2023

Gli scienziati hanno scoperto che intrappolare la luce all’interno di alcuni materiali magnetici può migliorare significativamente le loro proprietà intrinseche. Il loro studio ha esaminato uno specifico magnete stratificato in grado di ospitare potenti eccitoni, consentendogli di intrappolare la luce in modo indipendente. Le reazioni ottiche di questo materiale agli eventi magnetici sono notevolmente più forti di quelle dei normali magneti.

I ricercatori hanno scoperto che intrappolare la luce in specifici materiali magnetici può amplificarne notevolmente le proprietà, offrendo potenziali innovazioni come i laser magnetici e una nuova prospettiva sulla memoria magnetica controllata otticamente.

Uno studio innovativo condotto da Vinod M. Menon e dal suo team presso il City College di New York rivela che intrappolare la luce all’interno dei materiali magnetici può aumentare significativamente le loro proprietà intrinseche. Queste reazioni ottiche intensificate nei magneti aprono la strada a innovazioni nei laser magnetici, nei dispositivi di memoria magneto-ottici e persino nelle applicazioni emergenti di trasduzione quantistica.

Come dettagliato nel loro nuovo articolo pubblicato il 16 agosto sulla rivista Nature, Menon e il suo team hanno studiato le proprietà di un magnete a strati che ospita eccitoni fortemente legati – quasiparticelle con interazioni ottiche particolarmente forti. Per questo motivo, il materiale è in grado di intrappolare la luce, da solo. Come mostrano i loro esperimenti, le risposte ottiche di questo materiale ai fenomeni magnetici sono ordini di grandezza più forti di quelle dei magneti tipici.

La luce intrappolata all’interno di un cristallo magnetico può potenziare fortemente le sue interazioni magneto-ottiche. Credito: Rezlind Bushati

"Poiché la luce rimbalza avanti e indietro all'interno del magnete, le interazioni vengono effettivamente migliorate", ha affermato il dott. Florian Dirnberger, l'autore principale dello studio. “Per fare un esempio, quando applichiamo un campo magnetico esterno, la riflessione della luce nel vicino infrarosso viene alterata a tal punto che il materiale sostanzialmente cambia colore. Si tratta di una risposta magneto-ottica piuttosto forte”.

"Normalmente, la luce non risponde così fortemente al magnetismo", ha detto Menon. “Ecco perché le applicazioni tecnologiche basate sugli effetti magneto-ottici spesso richiedono l’implementazione di schemi di rilevamento ottico sensibili”.

Su come i progressi possano portare benefici alla gente comune, il coautore dello studio Jiamin Quan ha sottolineato che: “Le applicazioni tecnologiche dei materiali magnetici oggi sono per lo più legate ai fenomeni magnetoelettrici. Date le interazioni così forti tra magnetismo e luce, ora possiamo sperare di creare un giorno laser magnetici e riconsiderare i vecchi concetti di memoria magnetica controllata otticamente”.

Riferimento: “Magneto-optics in a van der Waals magnet tuned by self-hybridized polaritons” di Florian Dirnberger, Jiamin Quan, Rezlind Bushati, Geoffrey M. Diederich, Matthias Florian, Julian Klein, Kseniia Mosina, Zdenek Sofer, Xiaodong Xu, Akashdeep Kamra, Francisco J. Garcia-Vidal, Andrea Alù e Vinod M. Menon, 16 agosto 2023, Nature.DOI:10.1038/s41586-023-06275-2

Anche Rezlind Bushati, uno studente laureato del gruppo Menon, ha contribuito al lavoro sperimentale.

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, and the German Research Foundation./p>