Um toque de luz pode alimentar a próxima geração de dispositivos de memória

Os materiais ferroicos se enquadram nesta categoria. Esses sólidos podem ser alternados entre dois estados distintos. Exemplos bem conhecidos incluem ferromagnetos, que alternam entre orientações magnéticas opostas, e ferroelétricos, que podem manter polarizações elétricas opostas. Sua capacidade de responder a campos magnéticos ou elétricos torna os materiais ferroicos componentes essenciais em muitos dispositivos eletrônicos e de armazenamento de dados modernos.

No entanto, eles apresentam limitações: são sensíveis a perturbações externas – como fortes campos magnéticos próximos a um disco rígido – e seu desempenho normalmente se degrada com o tempo. Esses desafios motivaram os pesquisadores a procurar novas abordagens de armazenamento que sejam mais resilientes.

Materiais ferroaxiais e seus estados de vórtice incomuns

Os materiais ferroaxiais representam um ramo mais novo da família ferroica. Em vez de depender de estados de polarização magnética ou elétrica, esses materiais contêm vórtices de dipolos elétricos. Esses vórtices 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 esta mesma estabilidade tornou-os muito difíceis de manipular, limitando o progresso científico nesta área.

Usando luz Terahertz para mudar estados ferroaxiais

Uma equipe liderada por Andrea Cavalleri demonstrou agora um método para controlar esses estados indescritíveis. Os pesquisadores usaram pulsos terahertz circularmente polarizados para alternar entre domínios ferroaxiais no sentido horário e anti-horário em um material chamado dimolibdato de ferro rubídio (RbFe (MoO₄) 2).

“Aproveitamos a vantagem de um campo efetivo sintético que surge quando um pulso de terahertz conduz os íons na rede cristalina em círculos”, explica o autor principal, Zhiyang Zeng. “Este campo efetivo é capaz de se acoplar ao estado ferroaxial, assim como um campo magnético mudaria um ferromagneto ou um campo elétrico reverteria um estado ferroelétrico”, acrescentou.

Ao alterar a helicidade, ou torção, dos pulsos circularmente polarizados, a equipe poderia estabilizar o arranjo dos dipolos elétricos no sentido horário ou anti-horário. Como observa o colega autor Michael Först, “permitindo desta forma o armazenamento de informações nos dois estados ferroicos. Como os ferroaxiais estão livres de campos elétricos despolarizantes ou magnéticos dispersos, eles são candidatos extremamente promissores para armazenamento de dados estável e não volátil.”

Implicações para futuras tecnologias de informação ultrarrápidas

“Esta é uma descoberta emocionante que abre novas possibilidades para o desenvolvimento de uma plataforma robusta para armazenamento ultrarrápido de informações”, diz Andrea Cavalleri. Ele acrescenta que o trabalho também destaca a crescente importância dos campos circulares de fônons, demonstrados pela primeira vez pelo grupo em 2017, como uma ferramenta poderosa para manipular fases de materiais não convencionais.

Esta pesquisa foi amplamente apoiada pela Sociedade Max Planck e pelo Centro de Pós-Graduação Max-Planck para Materiais Quânticos, que promove a colaboração com a Universidade de Oxford. Apoio adicional vem da Deutsche Forschungsgemeinschaft através do Cluster of Excellence ‘CUI: Advanced Imaging of Matter’. O MPSD também é parceiro do Centro de Ciência do Laser de Elétrons Livres (CFEL) do DESY e da Universidade de Hamburgo.