Un giro de luz podría revolucionar el almacenamiento de datos

Los sistemas digitales modernos dependen de la información codificada en unidades binarias simples de 0s y 1s. Cualquier sustancia física que pueda cambiar de manera confiable entre dos configuraciones estables puede, en principio, servir como plataforma de almacenamiento para esa información binaria.

Los materiales ferroicos caen en esta categoría. Estos sólidos pueden alternar entre dos estados distintos. Ejemplos conocidos incluyen los ferromagnetos, que cambian entre orientaciones magnéticas opuestas, y los ferroelectricos, que pueden mantener polarizaciones eléctricas opuestas. Su capacidad para responder a campos magnéticos o eléctricos los convierte en 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 campos magnéticos fuertes cerca de un disco duro, y su rendimiento tiende a degradarse con el tiempo. Estos desafíos han motivado a los investigadores a buscar nuevos enfoques de almacenamiento que sean más resilientes.

Materiales Ferroaxiales y sus Inusuales Estados Vórtices

Los materiales ferroaxiales representan una rama más nueva de la familia ferroica. En lugar de depender de estados de polarización magnética o eléctrica, estos materiales contienen vórtices de dipolos eléctricos. Estos vórtices pueden apuntar en dos direcciones opuestas sin producir magnetización neta ni polarización eléctrica neta. Son extremadamente estables y naturalmente resistentes a campos externos, pero esta misma estabilidad ha dificultado su manipulación, limitando el progreso científico en esta área.

Uso de Luz Terahertz para Cambiar Estados Ferroaxiales

Un equipo liderado por Andrea Cavalleri ha demostrado un método para controlar estos estados elusivos. 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 de rubidio (RbFe(MoO4)2).

"Aprovechamos un campo efectivo sintético que surge cuando un pulso de terahercios impulsa iones en la red cristalina en círculos", explica el autor principal Zhiyang Zeng. "Este campo efectivo puede acoplarse al estado ferroaxial, al igual que un campo magnético cambiaría un ferromagneto o un campo eléctrico revertiría un estado ferroelectrico", añadió.

Al cambiar la helicidad, o giro, de los pulsos polarizados circularmente, el equipo pudo estabilizar ya sea la disposición en sentido horario o antihorario de los dipolos eléctricos. Como señala el coautor Michael Först, "de esta manera se habilita el almacenamiento de información en los dos estados ferroicos. Dado que los ferroaxiales están libres de campos eléctricos despolarizantes o magnéticos errantes, son candidatos extremadamente prometedores para un almacenamiento de datos estable y no volátil".

Implicaciones para Tecnologías de Información Ultrafast Futuras

"Este es un descubrimiento emocionante que abre nuevas posibilidades para el desarrollo de una plataforma robusta para el almacenamiento de información ultrarrápida", dice Andrea Cavalleri. Agrega que el trabajo también destaca la creciente importancia de los campos de fonones circulares, demostrados por el grupo en 2017, como una herramienta poderosa para manipular fases de materiales no convencionales.

Esta investigación fue apoyada en gran medida por la Max Planck Society y el Max-Planck Graduate Center for Quantum Materials, que fomenta la colaboración con la Universidad de Oxford. El apoyo adicional provino de la Deutsche Forschungsgemeinschaft a través del Cluster de Excelencia 'CUI: Advanced Imaging of Matter'. El MPSD también es socio del Center for Free-Electron Laser Science (CFEL) con DESY y la Universidad de Hamburgo.

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