Si prevede che nel giro di pochi decenni il progresso della tecnologia quantistica rivoluzionerà molti dei settori più importanti della società e aprirà la strada a possibilità tecnologiche completamente nuove nel campo della comunicazione e dell’energia. Di particolare interesse per i ricercatori del settore sono le proprietà peculiari e bizzarre delle particelle quantistiche, che si discostano completamente dalle leggi della fisica classica e possono rendere i materiali magnetici o superconduttori.

Aumentando la comprensione esatta di come e perché si forma questo tipo di stati quantistici, l'obiettivo è essere in grado di controllare e manipolare i materiali per ottenere proprietà meccaniche quantistiche.

Finora, i ricercatori sono riusciti a indurre comportamenti quantistici, come il magnetismo e la superconduttività, solo a temperature estremamente fredde. Pertanto, il potenziale della ricerca quantistica è ancora limitato agli ambienti di laboratorio.

Ora, un gruppo di ricerca dell’Università di Stoccolma e del Nordic Institute of Theoretical Physics (NORDITA) in Svezia, dell’Università del Connecticut e dello SLAC National Accelerator Laboratory negli Stati Uniti, dell’Istituto Nazionale per la Scienza dei Materiali di Tsukuba, in Giappone, dell’Elettra-Sincrotrone di Trieste , l'Università "Sapienza" di Roma e l'Università Ca' Foscari di Venezia in Italia, è la prima al mondo a dimostrare in un esperimento come la luce laser può indurre magnetismo in un materiale non magnetico a temperatura ambiente.

Nello studio, pubblicato su Nature , i ricercatori hanno sottoposto il materiale quantistico titanato di stronzio a raggi laser brevi ma intensi di una lunghezza d'onda e polarizzazione peculiari, al magnetismo indotto.

"L'innovazione di questo metodo sta nel concetto di lasciare che la luce muova atomi ed elettroni in questo materiale in movimento circolare, in modo da generare correnti che lo rendono magnetico come una calamita da frigorifero. Siamo riusciti a farlo sviluppando una nuova luce sorgente nel lontano infrarosso con una polarizzazione a forma di "cavatappi", afferma il responsabile della ricerca Stefano Bonetti presso l'Università di Stoccolma e l'Università Ca' Foscari di Venezia.

"Questa è la prima volta che siamo stati in grado di indurre e vedere chiaramente come il materiale diventa magnetico a temperatura ambiente in un esperimento. Inoltre, il nostro approccio consente di creare materiali magnetici da molti isolanti, quando i magneti sono tipicamente costituiti da metalli. In a lungo termine, questo apre ad applicazioni completamente nuove nella società."

Il metodo si basa sulla teoria della "multiferroicità dinamica", che prevede che quando gli atomi di titanio vengono "mescolati" con luce polarizzata circolarmente in un ossido a base di titanio e stronzio, si formerà un campo magnetico. Ma solo adesso la teoria potrà trovare conferma nella pratica. Si prevede che questa svolta avrà ampie applicazioni in diverse tecnologie dell'informazione.

"Questo apre la strada a interruttori magnetici ultraveloci che possono essere utilizzati per un trasferimento di informazioni più rapido e un'archiviazione dei dati notevolmente migliore, e per computer che sono significativamente più veloci ed efficienti dal punto di vista energetico", afferma Alexander Balatsky, professore di fisica presso NORDITA.

In effetti, i risultati del team sono già stati riprodotti in diversi altri laboratori e pubblicati nello stesso numero di Nature dimostra che questo approccio può essere utilizzato per scrivere, e quindi archiviare, informazioni magnetiche. Si è aperto un nuovo capitolo nella progettazione di nuovi materiali utilizzando la luce.