Los sistemas digitales modernos se basan en información codificada en unidades binarias simples de 0 y 1. Cualquier sustancia física que pueda cambiar de manera confiable entre dos configuraciones diferentes y estables puede, en principio, servir como plataforma de almacenamiento para esa información binaria.
Los materiales ferroicos entran en esta categoría. Este sólido se puede alternar entre dos estados distintos. Ejemplos bien conocidos incluyen los ferroimanes, que cambian entre posiciones magnéticas opuestas, y los ferroeléctricos, que pueden mantener polarizaciones eléctricas opuestas. Su capacidad para responder a campos magnéticos o eléctricos hace que los materiales ferroicos sean componentes esenciales en muchos dispositivos electrónicos y de almacenamiento de datos modernos.
Sin embargo, no están exentos de limitaciones: son sensibles a perturbaciones externas (como fuertes campos magnéticos cerca de un disco duro) y su rendimiento normalmente se degrada con el tiempo. Estos desafíos han motivado a los investigadores a buscar nuevos métodos de almacenamiento que sean más resistentes.
Elementos ferroaxiales y sus estados anómalos de vórtice.
Los materiales ferroaxiales representan una nueva rama de la familia ferroica. En lugar de depender de estados de polarización magnéticos o eléctricos, estos materiales tienen vórtices de dipolos eléctricos. Estos vórtices pueden apuntar en dos direcciones opuestas sin producir ni magnetización neta ni polarización eléctrica neta. Son muy estables y naturalmente resistentes a los campos externos, pero esta misma estabilidad los hace muy difíciles de manipular, limitando el progreso científico en este campo.
Uso de luz de terahercios para cambiar estados ferroaxiales
Un equipo dirigido por Andrea Cavalleri ha demostrado ahora un método para controlar estos estados esquivos. Los investigadores utilizaron pulsos de terahercios polarizados circularmente para alternar entre dominios ferroaxiales en sentido horario y antihorario en un material llamado dimolibdato de hierro y rubidio (RbFe(MoO₄)2).
“Aprovechamos un campo efectivo sintético que surge cuando un pulso de terahercios impulsa en círculos los iones en una red cristalina”, explica el autor principal, Zheng Zheng. “Este campo efectivo es capaz de acoplarse al estado ferroaxial, de la misma manera que un campo magnético cambiará un ferroimán o un campo eléctrico invertirá un estado ferroeléctrico”, añadió.
Al cambiar la helicidad o torsión de los pulsos polarizados circularmente, el equipo pudo ajustar la disposición de los dipolos eléctricos en el sentido de las agujas del reloj o en el sentido contrario a las agujas del reloj. El coautor Michael Furst señala: “Permitiendo así el almacenamiento de datos en dos estados ferroicos. Debido a que los ferroaxiales están libres de campos eléctricos despolarizantes o magnéticos parásitos, son candidatos muy prometedores para el almacenamiento de datos estable y no volátil”.
Implicaciones de la futura tecnología de la información ultrarrápida
“Se trata de un descubrimiento apasionante que abre nuevas posibilidades para el desarrollo de una potente plataforma de almacenamiento de datos ultrarrápido”, afirmó Andrea Cavalleri. Añadió que el trabajo también destaca la creciente importancia de los campos de fonones circulares, demostrados por primera vez por el grupo en 2017, como una poderosa herramienta para manipular las fases de materiales no convencionales.
Esta investigación fue apoyada principalmente por la Sociedad Max Planck y el Centro de Graduados Max-Planck en Materiales Cuánticos, que promueve la colaboración con la Universidad de Oxford. El apoyo adicional proviene de la Deutsche Forschungsgemeinschaft a través del grupo de excelencia ‘CUI: Advanced Imaging of Matter’. MPSD también está asociado con DESY y el Centro de Ciencia del Láser de Electrones Libres (CFEL) de la Universidad de Hamburgo.
