A habilidade de confinar luz em materiais magnéticos resulta em notáveis melhorias nas propriedades desses materiais, prometendo impactos significativos em uma ampla gama de campos, desde armazenamento de dados até o desenvolvimento de lasers magnéticos.
Nos últimos anos, as chamadas “armadilhas de luz” têm desvendado um vasto leque de possibilidades, abrangendo memórias ópticas, processadores fotônicos e lentes ideais, além de experimentos inusitados, como a criação de uma “sopa” de luz e matéria, bem como a investigação da entropia no mundo quântico.
Florian Dirnberger e seus colegas da Universidade da Cidade de Nova York agora demonstram o potencial de usar materiais magnéticos como “armadilhas” para a luz.
Dirnberger destaca que as respostas ópticas intensas dos ímãs são fundamentais para avanços em lasers magnéticos, dispositivos de memória magneto-óptica e aplicações emergentes em transdução quântica.
“Tipicamente, a luz não reage tão fortemente ao magnetismo. Por essa razão, as aplicações tecnológicas baseadas em efeitos magneto-ópticos frequentemente requerem a implementação de métodos sensíveis de detecção óptica,” ressalta o professor Vinod Menon.

(Foto: Cortesia ACS/Kihong Park)
Interação Magnética-Luminosa Explorada com Material 2D
A equipe concentrou seus esforços em um semicondutor 2D, o brometo de sulfeto de cromo (CrSBr), composto por camadas monoatômicas de cromo, enxofre e bromo. A estrutura em camadas desse material naturalmente aprisiona fótons, dispensando a necessidade de estruturas especiais. Entre essas camadas, surgem éxcitons – quasipartículas que combinam elétrons com suas lacunas correspondentes.
Devido às fortes interações entre éxcitons e fótons, quando esses fótons ficam aprisionados no CrSBr, resulta em uma resposta óptica significativamente mais intensa do que a observada em ímãs convencionais.
“À medida que a luz reverbera entre as camadas do ímã, as interações são efetivamente amplificadas,” explica Dirnberger. “Por exemplo, quando um campo magnético externo é aplicado, o reflexo da luz na faixa do infravermelho próximo é alterado de maneira tão marcante que o material muda de cor. Isso representa uma resposta magneto-óptica notavelmente intensa.”

(Foto: Dirnberger et al.)
Avanços em Memórias Controladas por Luz
Esta descoberta assume importância considerável, uma vez que o magnetismo está profundamente entrelaçado em uma ampla gama de aplicações tecnológicas, desde motores até os bits de armazenamento de dados presentes em discos rígidos.
Essa realização foi alcançada explorando os fenômenos magneto-elétricos, que envolvem a interação entre eletricidade e magnetismo. No entanto, o cerne dessa descoberta reside na interação entre a luz e o magnetismo, abrindo novos horizontes para a investigação dos fenômenos magneto-ópticos.
“Devido às interações significativas entre magnetismo e luz, podemos agora vislumbrar a possibilidade de desenvolver lasers magnéticos e repensar os conceitos convencionais de memória magnética controlada ópticamente,” destacou Jiamin Quan, um dos membros da equipe. Memórias controladas por luz têm o potencial de serem consideravelmente mais rápidas e energeticamente eficientes do que as atuais, que dependem do controle elétrico.
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