Fisici pionieristici dell'Università di Copenaghen e della Nanyang Technological University di Singapore hanno scoperto un modo per far sì che i materiali non magnetici si rendano magnetici tramite la luce laser. Il fenomeno può essere utilizzato anche per dotare molti altri materiali di nuove proprietà.

Le proprietà intrinseche dei materiali derivano dalla loro chimica, dai tipi di atomi presenti e dal modo in cui sono disposti. Questi fattori determinano, Per esempio, quanto bene un materiale può condurre elettricità o se è magnetico o meno. Perciò, il percorso tradizionale per cambiare o ottenere nuove proprietà dei materiali è stato attraverso la chimica.

Ora, una coppia di ricercatori dell'Università di Copenhagen e della Nanyang Technological University di Singapore ha scoperto un nuovo percorso fisico per la trasformazione delle proprietà dei materiali:quando stimolati dalla luce laser, un metallo può trasformarsi dall'interno e acquisire improvvisamente nuove proprietà.

"Per molti anni, abbiamo cercato di trasformare le proprietà di una materia irradiandola con determinati tipi di luce. La novità è che non solo possiamo cambiare le proprietà usando la luce, possiamo far sì che il materiale cambi se stesso, da dentro, ed emergere in una nuova fase con proprietà completamente nuove. Ad esempio, un metallo non magnetico può trasformarsi improvvisamente in un magnete, " spiega il professore associato Mark Rudner, ricercatore presso il Niels Bohr Institute dell'Università di Copenaghen.

Lui e il collega Justin Song della Nanyang Technological University di Singapore hanno fatto la scoperta che ora è pubblicata su Fisica della natura . L'idea di usare la luce per trasformare le proprietà di un materiale non è nuova di per sé. Ma fino ad ora, i ricercatori sono stati solo in grado di manipolare le proprietà già trovate in un materiale. Dare a un metallo la sua "vita separata, " permettendogli di generare le proprie nuove proprietà, non è mai stato visto prima.

A titolo di analisi teorica, i ricercatori sono riusciti a dimostrare che quando un disco metallico non magnetico viene irradiato con luce polarizzata linearmente, le correnti elettriche circolanti e quindi il magnetismo possono emergere spontaneamente nel disco.

I ricercatori usano i cosiddetti plasmoni (un tipo di onda elettronica) presenti nel materiale per modificarne le proprietà intrinseche. Quando il materiale viene irradiato con luce laser, i plasmoni nel disco metallico iniziano a ruotare in senso orario o antiorario. Però, questi plasmoni cambiano la struttura elettronica quantistica di un materiale, che altera contemporaneamente il proprio comportamento, catalizzando un ciclo di feedback. Il feedback dei campi elettrici interni dei plasmoni alla fine fa sì che i plasmoni rompano la simmetria intrinseca del materiale e inneschino un'instabilità verso l'autorotazione che fa sì che il metallo diventi magnetico.

La tecnica può produrre proprietà "su richiesta"

Secondo Mark Rudner, la nuova teoria apre un'intera nuova mentalità e molto probabilmente, una vasta gamma di applicazioni:

"È un esempio di come l'interazione tra luce e materiale può essere utilizzata per produrre determinate proprietà in un materiale 'su richiesta'. Inoltre apre la strada a una moltitudine di usi, perché il principio è abbastanza generale e può funzionare su molti tipi di materiali. Abbiamo dimostrato che possiamo trasformare un materiale in un magnete. Potremmo anche essere in grado di trasformarlo in un superconduttore o qualcosa di completamente diverso, " dice Rudner. Aggiunge:

"Potresti chiamarla alchimia del 21° secolo. Nel Medioevo, la gente era affascinata dalla prospettiva di trasformare il piombo in oro. Oggi, miriamo a far sì che un materiale si comporti come un altro stimolandolo con un laser."

Tra le possibilità, Rudner suggerisce che il principio potrebbe essere utile in situazioni in cui è necessario un materiale per alternare il comportamento magnetico e il non. Potrebbe anche rivelarsi utile nell'optoelettronica, dove, Per esempio, la luce e l'elettronica sono combinate per Internet in fibra e lo sviluppo di sensori.

I prossimi passi dei ricercatori sono espandere il catalogo delle proprietà che possono essere alterate in modi analoghi, e per contribuire a stimolare la loro indagine sperimentale e l'utilizzo.