Uma equipe de pesquisa descobriu que pulsos de laser ultracurtos podem magnetizar ligas de ferro, uma descoberta que tem um enorme potencial para aplicações em tecnologia de sensores magnéticos, armazenamento de dados e spintrônica. Para magnetizar um prego de ferro, basta bater algumas vezes com um ímã em sua superfície. No entanto, existe uma abordagem mais incomum: uma equipe liderada pelo Helmholtz Zentrum Dresden Rosendorf (HZDR) descobriu recentemente que uma determinada liga de ferro pode ser magnetizada com pulsos de laser ultracurtos.
Os pesquisadores agora se uniram ao Laserinstitut Hochschule Mittweida (LHM) para estudar mais esse processo. Eles descobriram que esse fenômeno também ocorre com diferentes classes de materiais, o que amplia significativamente as aplicações potenciais. O grupo de trabalho publicou suas descobertas na revista científica Advanced Functional Materials.
Esta descoberta inesperada foi feita em 2018. Quando a equipe do HZDR iluminou finas camadas de liga de ferro-alumínio com pulsos de laser ultracurtos, o material não magnético tornou-se subitamente magnético. O princípio é que os pulsos de laser reorganizam os átomos do cristal, aproximando os átomos de ferro, criando um ímã. Os pesquisadores conseguiram então desmagnetizar a camada novamente com uma série de pulsos de laser mais fracos. Isto permitiu-lhes descobrir uma maneira de criar e apagar pequenos “pontos magnéticos” em superfícies.
No entanto, a experiência piloto ainda deixa algumas questões sem resposta. O físico do HZDR, Dr. Rantej Bali, explica: "Ainda não está claro se esse efeito ocorre apenas em ligas de ferro-alumínio ou também em outros materiais. Também queríamos tentar acompanhar a progressão temporal desse processo."
Para investigar mais, ele colaborou com o Dr. Theo Pflug do LHM e colegas da Universidade de Saragoça, na Espanha.
Os especialistas estão prestando especial atenção às ligas de ferro-vanádio. Ao contrário das ligas de ferro-alumínio com estrutura cristalina regular, o arranjo atômico nas ligas de ferro-vanádio é mais caótico, formando uma estrutura amorfa semelhante a vidro. Para ver o que acontece quando a luz do laser incide sobre eles, os físicos usam um método especial: o método da bomba-sonda.
“Primeiro, irradiamos a liga com intensos pulsos de laser, que magnetizam o material”, explica Theo Pflug. "Ao mesmo tempo, usamos um segundo pulso mais fraco que reflete na superfície do material."
A análise dos pulsos de laser refletidos fornece uma indicação das propriedades físicas do material. Este processo é repetido várias vezes, de modo que o intervalo de tempo entre o primeiro pulso de “bomba” e o pulso de “sonda” subsequente é continuamente prolongado.
Com isso, os pesquisadores obtiveram séries temporais de dados de reflexão, o que possibilitou a caracterização de processos desencadeados pela excitação do laser. “Todo o processo é semelhante a gerar um livro que vira as páginas”, disse Pflug. "Da mesma forma, uma série de imagens individuais é animada quando visualizadas em rápida sucessão."
Embora a estrutura atômica das ligas de ferro-vanádio seja diferente daquela dos compostos de ferro-alumínio, as ligas de ferro-vanádio também podem ser magnetizadas por laser. “Em ambos os casos, o material derrete brevemente no ponto de irradiação”, explica Rantej Bali. “Isso faz com que o laser apague a estrutura anterior, criando uma pequena região magnética em ambas as ligas”.
O resultado encorajador é que este fenômeno não se restringe a uma estrutura material específica, mas pode ser observado em diferentes arranjos atômicos.
A equipe também está acompanhando a dinâmica temporal do processo: "Pelo menos agora sabemos em que escala de tempo algo acontece. Em femtosegundos, um pulso de laser excita elétrons no material. Após alguns picossegundos, os elétrons excitados transferem energia para o núcleo."
Esta transferência de energia resulta, portanto, num rearranjo numa estrutura magnética, que é estabilizada pelo subsequente arrefecimento rápido. Em experimentos de acompanhamento, os pesquisadores pretendem observar exatamente como os átomos se reorganizam, examinando o processo de magnetização por meio de raios X intensos.
Embora ainda em estágio inicial, o trabalho já dá as primeiras ideias para possíveis aplicações: por exemplo, é concebível colocar minúsculos ímãs na superfície de um chip via laser. Rantej Bali especulou: "Isso poderia ser útil para a produção de sensores magnéticos sensíveis, como aqueles usados em veículos. Também poderia encontrar possíveis aplicações no armazenamento de dados magnéticos."
Além disso, esse fenômeno parece estar relacionado a um novo tipo de eletrônica chamada spintrônica. Aqui, os sinais magnéticos deveriam ser usados em processos de computação digital, em vez de elétrons passarem através de transistores como de costume - fornecendo uma abordagem possível para a futura tecnologia de computação.
Fonte compilada: ScitechDaily