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I ricercatori usano la luce laser per trasformare il metallo in magnete

I fisici pionieristici dell’Università di Copenaghen e della Nanyang Technological University di Singapore hanno scoperto un modo per ottenere materiali magnetici da materiali non magnetici usando la luce laser.

Il fenomeno può anche essere usato 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, ad esempio, quanto bene un materiale può condurre elettricità o se è magnetico o no. Pertanto, il percorso tradizionale per modificare o ottenere nuove proprietà dei materiali è stato attraverso la chimica.

Ora, una coppia di ricercatori dell’Università di Copenaghen e della Nanyang Technological University di Singapore hanno scoperto un nuovo percorso fisico verso la trasformazione delle proprietà dei materiali: quando stimolato dalla luce laser , un metallo può trasformarsi dall’interno e improvvisamente acquisire nuove proprietà.

“Per diversi anni, abbiamo esaminato come 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, ma possiamo far sì che il materiale cambi, dall’interno verso l’esterno ed emergere in una nuova fase con proprietà completamente nuove. Ad esempio, un metallo non magnetico può improvvisamente trasformarsi 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 è ora pubblicata su Nature Physics . L’idea di usare la luce per trasformare le proprietà di un materiale non è nuova in 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 sue 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) trovati nel materiale per cambiare le sue proprietà intrinseche. Quando il materiale viene irradiato con luce laser, i plasmoni nel disco metallico iniziano a ruotare in senso orario o antiorario. Tuttavia, questi plasmoni cambiano la struttura elettronica quantistica di un materiale, che altera contemporaneamente il proprio comportamento, catalizzando un circuito di feedback . Il feedback dai campi elettrici interni dei plasmoni alla fine fa sì che i plasmoni rompano la simmetria intrinseca del materiale e scatenino un’instabilità verso l’auto-rotazione che fa diventare magnetico il metallo.

La tecnica può produrre proprietà “su richiesta”

Secondo Mark Rudner, la nuova teoria fa leva su una mentalità completamente nuova e molto probabilmente su 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 “. Spiana anche la strada per 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 cambiarlo in un superconduttore o qualcosa di completamente diverso “, afferma Rudner. Aggiunge:

“Potresti chiamarlo alchimia del 21 ° secolo. Nel Medioevo, le persone erano affascinate 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 non. Potrebbe anche rivelarsi utile nell’optoelettronica, dove, ad esempio, luce ed elettronica sono combinate per lo sviluppo di Internet in fibra e sensori.

I prossimi passi dei ricercatori sono di ampliare il catalogo di proprietà che possono essere modificate in modi analoghi e di aiutare a stimolare la loro indagine sperimentale e il loro utilizzo.

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