In laboratorio, la luce guida il magnetismo senza calore

Un bit su un disco rigido è una porzione di magnetizzazione, e invertirlo significa girare un minuscolo ago di bussola. Ora un team dell'Università dell'Illinois ha dimostrato che gli impulsi laser possono orientare quella magnetizzazione in bilionesimi di secondo, in un semiconduttore ferromagnetico chiamato tellururo di cromo e germanio, o CGT.

Cambiare la magnetizzazione di un materiale ha di solito richiesto l'applicazione di un campo magnetico esterno, che riorienta i dipoli magnetici come il campo terrestre fa oscillare una bussola. Ex dottorando in fisica all'Illinois, Yinchuan Lv, ora ricercatore post-dottorato allo SLAC National Accelerator Laboratory, afferma che questi metodi incontrano limiti pratici nella velocità di commutazione. La luce sembra l'alternativa ovvia, ma il professor Fahad Mahmood fa notare che molte tecniche ottiche si basano sul riscaldamento del materiale oppure richiedono condizioni specifiche, come la luce polarizzata circolarmente.

Il campo elettrico della luce agisce soprattutto sugli elettroni attraverso la loro carica elettrica, non direttamente sulla magnetizzazione. Nel CGT, le interazioni spin-orbita collegano lo spin di ciascun elettrone al suo moto orbitale, aprendo alla luce una via verso l'ordine magnetico. Il problema è che il CGT è centrosimmetrico: i suoi atomi sono disposti simmetricamente attorno a un punto centrale, il che vieta l'accoppiamento più semplice tra luce e magnetizzazione. Il team si aspettava quindi una risposta debole.

I ricercatori hanno usato la spettroscopia di emissione, un metodo che bombarda un materiale con impulsi laser e poi registra la luce che restituisce. Con impulsi quasi infrarossi polarizzati linearmente, il campione di CGT ha emesso luce terahertz, un intervallo di frequenze compreso tra le microonde e l'infrarosso. Quando la luce colpiva perpendicolarmente, l'emissione disegnava una figura a quattro petali al variare dell'angolo di polarizzazione, e due petali quando il fascio arrivava con un'inclinazione. Ancora più sorprendente, il segnale cresceva con l'aumentare della temperatura del campione, l'opposto di ciò che normalmente farebbe un segnale magnetico. Il team di Mahmood conclude che la magnetizzazione del CGT è molto probabilmente all'origine dell'emissione.

Per ora il cambiamento riguarda soprattutto i ricercatori. Lo studio non presenta alcun dispositivo, nessuna tempistica e nessun costo, e riporta una misura di laboratorio che deve ancora essere riprodotta in altre condizioni. Ciò che offre è una strada aperta: una risposta magnetica che non dipende dal riscaldamento, in un materiale che non avrebbe dovuto mostrarne una. Per la memorizzazione dei dati, è la domanda a cui il settore dovrà rispondere per primo.