Os sistemas digitais modernos dependem de informações codificadas em unidades binárias simples de 0s e 1s. Qualquer substância física que possa alternar de forma confiável entre duas configurações diferentes e estáveis pode, em princípio, servir como uma plataforma de armazenamento para essa informação binária.
Os materiais ferroicos se enquadram nesta categoria. Este sólido pode ser alternado entre dois estados distintos. Exemplos bem conhecidos incluem ferromagnetos, que alternam entre posições magnéticas opostas, e ferroelétricos, que podem manter polarizações elétricas opostas. Sua capacidade de responder a campos magnéticos ou elétricos torna os materiais ferroicos componentes essenciais em muitos dispositivos eletrônicos e de armazenamento de dados modernos.
No entanto, eles não estão isentos de limitações: eles são sensíveis a perturbações externas – como fortes campos magnéticos próximos a um disco rígido – e seu desempenho normalmente se degrada com o tempo. Esses desafios motivaram os pesquisadores a procurar novos métodos de armazenamento que sejam mais resilientes.
Elementos ferroaxiais e seus estados de vórtice anômalos
Os materiais ferroaxiais representam um novo ramo da família ferroica. Em vez de depender de estados de polarização magnética ou elétrica, esses materiais possuem vórtices de dipolos elétricos. Esses vórtices podem apontar em duas direções opostas, sem produzir nem magnetização líquida nem polarização elétrica líquida. São altamente estáveis e naturalmente resistentes a campos externos, mas esta mesma estabilidade torna-os muito difíceis de manipular, limitando o progresso científico neste campo.
Usando luz Terahertz para mudar estados ferroaxiais
Uma equipe liderada por Andrea Cavalleri demonstrou agora um método para controlar esses estados indescritíveis. Os pesquisadores usaram pulsos terahertz circularmente polarizados para alternar entre domínios ferroaxiais no sentido horário e anti-horário em um material chamado dimolibdato de ferro rubídio (RbFe (MoO₄) 2).
“Aproveitamos um campo efetivo sintético que surge quando um pulso de terahertz conduz íons em uma rede cristalina em círculos”, explica o autor principal, Zheng Zheng. “Este campo efetivo é capaz de se acoplar ao estado ferroaxial, assim como um campo magnético mudará um ferromagneto ou um campo elétrico reverterá um estado ferroelétrico”, acrescentou.
Ao alterar a helicidade, ou torção, dos pulsos circularmente polarizados, a equipe poderia ajustar o arranjo dos dipolos elétricos no sentido horário ou anti-horário. O co-autor Michael Furst observa: “Permitindo assim o armazenamento de dados em dois estados ferroicos. Como os ferroaxiais estão livres de campos elétricos despolarizantes ou magnéticos dispersos, eles são candidatos altamente promissores para armazenamento de dados estável e não volátil.”
Implicações da futura tecnologia de informação ultrarrápida
“Esta é uma descoberta emocionante que abre novas possibilidades para o desenvolvimento de uma plataforma poderosa para armazenamento de dados ultrarrápido”, disse Andrea Cavalleri. Ele acrescentou que o trabalho também destaca a crescente importância dos campos circulares de fônons, demonstrados pela primeira vez pelo grupo em 2017, como uma ferramenta poderosa para manipular as fases de materiais não convencionais.
Esta pesquisa foi apoiada principalmente pela Sociedade Max Planck e pelo Centro de Pós-Graduação Max-Planck para Materiais Quânticos, que promove a colaboração com a Universidade de Oxford. Apoio adicional vem da Deutsche Forschungsgemeinschaft através do Cluster of Excellence ‘CUI: Advanced Imaging of Matter’. O MPSD também tem parceria com o DESY e o Centro de Ciência do Laser de Elétrons Livres (CFEL) da Universidade de Hamburgo.
