In un recente articolo pubblicato su Nanoscala , i ricercatori del gruppo di nanomagnetismo presso nanoGUNE hanno dimostrato l'uso di elementi ibridi magnetico-plasmonici per facilitare il controllo della temperatura senza contatto e selettivo nei metamateriali magnetici funzionali.

Rispetto agli attuali schemi di riscaldamento globale, lenti e poco efficienti dal punto di vista energetico, riscaldamento controllato dalla luce utilizzando gradi di libertà ottici come lunghezza d'onda, polarizzazione, e potere, consente efficienti schemi di riscaldamento locale per l'uso nel calcolo nanomagnetico o per quantificare fenomeni emergenti collettivi in ​​sistemi di spin artificiali.

I magneti su scala nanometrica a dominio singolo che interagiscono tramite interazioni magnetostatiche senza contatto sono metamateriali chiave per applicazioni tra cui dispositivi di archiviazione dati magnetici, elaborazione delle informazioni a bassa potenza, e lo studio dei fenomeni collettivi nei cosiddetti ghiacci artificiali. Questi metamateriali magnetici sono fabbricati utilizzando la nanolitografia a fascio di elettroni in cui è possibile progettare qualsiasi disposizione bidimensionale desiderata di elementi magnetici a film sottile con dimensioni di poche centinaia di nanometri.

La funzionalità di tali metamateriali magnetici è determinata dalla capacità di invertire il momento netto di ciascun nanomagnete per ridurre al minimo le interazioni mutue magnetostatiche complessive, che avviene più rapidamente a temperature elevate. Negli anni, sono stati impiegati diversi schemi di riscaldamento per portare reti di nanomagneti interagenti in uno stato di equilibrio, che vanno dalla ricottura termica di magneti stabili alla fabbricazione di elementi superparamagnetici ultrasottili in rapida fluttuazione.

Attualmente, l'eccitazione termica dei sistemi di spin artificiali è ottenuta per contatto termico con un serbatoio caldo, sia riscaldando l'intero substrato sottostante, o da una corrente elettrica in un filo conduttore nelle vicinanze. Tutti questi approcci sono energeticamente inefficienti, spazialmente non discriminatorio, e intrinsecamente lento, con scale temporali da secondi a ore, rendendo difficile raggiungere un vero stato di equilibrio in reticoli nanomagnetici frustrati estesi. Per di più, per l'implementazione in dispositivi di metamateriali magnetici, per esempio. cristalli magnonici e circuiti logici nanomagnetici, il riscaldamento globale non ha il controllo, discriminazione spaziale, e la velocità richiesta per il funzionamento integrato con la tecnologia CMOS.

Applicando un approccio ibrido che combina un nanoriscaldatore plasmonico con un elemento magnetico, in questo lavoro, gli autori stabiliscono il controllo robusto e affidabile delle temperature locali negli array nanomagnetici mediante mezzi ottici senza contatto. Qui, il fotoriscaldamento assistito da plasmoni consente aumenti di temperatura fino a diverse centinaia di Kelvin, che portano a inversioni di momento termicamente attivate e una pronunciata riduzione del campo coercitivo magnetico. Per di più, la sezione trasversale di assorbimento dipendente dalla polarizzazione di elementi plasmonici allungati consente il riscaldamento specifico del sottoreticolo su scale temporali inferiori al nanosecondo, cosa non possibile con gli schemi di riscaldamento convenzionali. Gli autori quantificano sperimentalmente le proprietà ottiche e magnetiche di array di singoli elementi ibridi e assemblaggi simili a vertici, e presentare strategie su come raggiungere efficienza, veloce, e controllo selettivo dell'inversione magnetica attivata termicamente per scelta del punto focale, potenza della pompa, polarizzazione della luce, e durata dell'impulso.

Perciò, lo sviluppo di un efficiente riscaldamento ottico non invasivo assistito da plasmoni di nanomagneti consente un controllo flessibile della lunghezza e delle scale temporali dell'eccitazione termica nei metamateriali magnetici. Ciò consente studi più approfonditi delle proprietà di equilibrio e delle eccitazioni emergenti nei sistemi di spin artificiali, così come porte aperte per l'uso pratico in applicazioni come il calcolo nanomagnetico a bassa potenza.