Imagina poder cambiar un elemento para que se transforme en uno completamente diferente. No se necesita varita mágica ni pociones especiales, solo luz. Cuando la luz interactúa con el material, excita su estado magnético, desencadenando las oscilaciones magnéticas colectivas. Estas vibraciones pueden transmitir y almacenar información a velocidades de terahercios. Todo el proceso se lleva a cabo a temperatura ambiente y casi no produce calor. Mejor aún, no depende de materiales raros o exóticos. Los investigadores observaron los efectos de cristales simples, naturales y ampliamente disponibles. Ahora imaginemos usar el mismo método para aprovechar los efectos cuánticos (fenómenos tan sutiles que generalmente sólo se observan cerca del cero absoluto (-270 grados Celsius), pero hecho a temperatura ambiente, sin necesidad de un costoso sistema de enfriamiento.
Puede parecer ciencia ficción, pero estos avances son reales. Un equipo de físicos de la Universidad de Konstanz, dirigido por David Bosini, ha desarrollado una técnica experimental que lo hace posible. Al utilizar pulsos láser para excitar coherentemente pares de magnones (cuantos de ondas de espín), los investigadores han logrado efectos significativos que podrían afectar tanto a la tecnología de la información como a la investigación cuántica. Sus hallazgos fueron publicados Avances de la ciencia.
Tecnología basada en Magnon
Antes de profundizar, es útil comprender qué son los magnones y por qué son importantes. El mundo moderno genera cantidades masivas de datos a través de la inteligencia artificial y el “Internet de las cosas”. Nuestros sistemas de información actuales ya están bajo presión y un cuello de botella en los datos amenaza con frenar el progreso tecnológico.
Una solución propuesta es utilizar espines de electrones (o mejor, ondas de muchos espines que se mueven juntos) para transportar información. Esta oscilación de espín combinada se llama magnón. Se comportan como ondas y pueden ser manipulados por láseres, lo que potencialmente permite la transmisión y el almacenamiento de datos en frecuencias de terahercios.
Hasta ahora, los científicos sólo han podido excitar los magnones a sus frecuencias más bajas utilizando luz, lo que limita su potencial. Para utilizar magnones en tecnologías futuras, los investigadores deben poder ajustar su frecuencia, amplitud y vida útil. El equipo de Konstanz ha encontrado ahora la manera de conseguirlo. Al excitar directamente pares de magnones (la resonancia magnética de más alta frecuencia de un material), descubrieron una nueva y poderosa forma de control.
una gran sorpresa
“El resultado fue una gran sorpresa para nosotros. Ninguna teoría lo había predicho jamás”, afirma David Bosini. El proceso no sólo funciona, sino que también tiene efectos espectaculares. Al impulsar pares de magnones de alta frecuencia a través de pulsos láser, los físicos lograron cambiar la frecuencia y amplitud de los otros magnones (y, por tanto, las propiedades magnéticas del material) de una manera no térmica. “Cada sólido tiene su propia frecuencia: transiciones electrónicas, vibraciones reticulares, excitaciones magnéticas. Cada elemento resuena a su manera”, explica Bosini. Es precisamente este conjunto de frecuencias el que puede verse afectado por el nuevo proceso. “Esto cambia la naturaleza del material, el ‘ADN magnético del material’, por así decirlo, su ‘huella’. Por el momento se convierte prácticamente en un material diferente con nuevas propiedades”, afirma Bossini.
“Los efectos no son causados por la excitación del láser. La razón es la luz, no la temperatura”, confirmó Bosini: “Podemos cambiar la frecuencia y las propiedades del material de forma no térmica”. Las ventajas son obvias: el método se puede utilizar para el almacenamiento de datos en el futuro y para la transmisión rápida de datos a velocidades de terahercios sin ralentizar los sistemas con pilas de calor.
El proceso no requiere materiales espectaculares de alta tecnología ni tierras raras como base, sino cristales cultivados de forma natural, concretamente la hematita del mineral de hierro. “La hematita está muy extendida. Hace siglos ya se utilizaba para las brújulas en el mar”, explica Bosini. Es muy posible que en el futuro la hematita también se utilice para la investigación cuántica. Los resultados del equipo de Konstanz sugieren que, utilizando el nuevo método, los investigadores deberían poder producir condensación de Bose-Einstein inducida por luz de magnones de alta energía a temperatura ambiente. Esto allanará el camino para investigar los efectos cuánticos sin necesidad de un enfriamiento intenso. Suena como magia, pero es sólo tecnología e investigación de vanguardia.
El proyecto se llevó a cabo en el contexto del Centro Colaborativo de Investigación SFB 1432 “Fluctuaciones y no linealidades en la materia clásica y cuántica más allá del equilibrio”.
