Accendere, spegnere e guidare il magnetismo usando solo la luce: quella che fino a poco fa sembrava una suggestione teorica oggi assume contorni concreti. Ciò è stato possibile grazie ad una nuova ricerca internazionale guidata dalla Lancaster University. Lo studio dimostra che impulsi luminosi ultrarapidi, più brevi di un trilionesimo di secondo, possono indurre variazioni magnetiche dieci volte più intense rispetto a quanto osservato finora. Aprendo la strada a dispositivi quantistici più veloci ed efficienti. Il risultato nasce dall’esigenza di superare i limiti delle tecnologie tradizionali basate su correnti elettriche, che comportano rallentamenti e dissipazione di energia sotto forma di calore. In molti sistemi elettronici, dalla memoria magnetica ai sensori presenti in smartphone e sistemi di navigazione. L’informazione è legata all’orientamento di minuscoli magneti atomici. Controllarli senza contatto, e su tempi estremamente ridotti, rappresenta una sfida cruciale.
Magneti in movimenti grazie agli impulsi di luce: ecco come
Per affrontarla, i ricercatori hanno utilizzato impulsi elettromagnetici ultraveloci capaci di perturbare per un istante l’ordine magnetico di un solido. L’effetto immediato della luce è una lieve deviazione degli spin elettronici, ovvero la rotazione intrinseca degli elettroni che genera il magnetismo. In condizioni ordinarie, tale risposta è debole. Ma l’esperimento ha rivelato che non tutti i materiali reagiscono allo stesso modo.
Il team ha, infatti, confrontato due materiali magnetici quasi identici, distinguibili solo per la struttura degli orbitali elettronici, cioè per il modo in cui gli elettroni si muovono attorno al nucleo. Dopo l’irraggiamento con impulsi ultrarapidi, uno dei due campioni mostrava una risposta magnetica più marcata. In quel caso, la deviazione degli spin risultava fino a dieci volte maggiore rispetto all’altro materiale.
La chiave del fenomeno è il cosiddetto accoppiamento spin-orbita, un meccanismo quantistico che lega il movimento orbitale degli elettroni alla loro rotazione. Quando tale accoppiamento è intenso, la luce riesce a trasferire momento angolare in modo molto più efficiente. Amplificando la risposta magnetica e permettendo di guidarla su scale temporali estreme, senza fornire energia in modo continuo. Secondo il responsabile dello studio, Rostislav Mikhaylovskiy, la scoperta evidenzia un principio fondamentale destinato a influenzare la progettazione delle future tecnologie quantistiche.
