Cambian un material de un estado a otro con un solo destello de luz

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Los interruptores como este, descubiertos con la “cámara de electrones” ultrarrápida de SLAC, podrían ofrecer un nuevo y sencillo camino para almacenar datos en dispositivos de próxima generación.

Científicos del Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC del Departamento de Energía y el Instituto de Tecnología de Massachusetts han demostrado una forma sorprendentemente simple de pasar un material de un estado a otro y luego de nuevo, con destellos únicos de luz láser.

Este comportamiento de conmutación es similar a lo que ocurre en los materiales de almacenamiento de datos magnéticos, y hacen que el conmutador con luz láser pueda ofrecer una nueva forma de leer y escribir información en dispositivos de almacenamiento de datos de próxima generación, entre otras aplicaciones sin precedentes, dice Nuh Gedik. investigador principal en el MIT.

En los dispositivos de hoy en día, la información se almacena y se recupera cambiando el giro de los electrones con un campo magnético.

“Pero aquí cambiamos una propiedad material diferente conocida como ondas de densidad de carga”, dice Alfred Zong, un estudiante graduado del grupo de Gedik y uno de los autores principales del estudio.

Las ondas de densidad de carga son picos y valles periódicos en la forma en que los electrones se distribuyen en un material.

Están inmóviles, como olas heladas en un lago congelado.

Los científicos desean aprender más sobre estas ondas porque a menudo coexisten con otras propiedades interesantes del material, como la capacidad de conducir electricidad sin pérdidas a temperaturas relativamente altas, y podrían estar relacionadas con esas propiedades.

El nuevo estudio se centró en el disulfuro de tantalio, un material con ondas de densidad de carga que se orientan en la misma dirección en lo que se denomina estado alfa.

Cuando los investigadores eliminaron un fino cristal del material con un pulso láser muy breve, algunas de las ondas pasaron a un estado beta con una orientación electrónica diferente, y las regiones alfa y beta se separaron por las paredes del dominio.

Un segundo destello de luz disolvió las paredes del dominio y devolvió el material a su estado alfa puro.

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“Estábamos buscando otros efectos en nuestro experimento, así que nos sorprendió por completo cuando vimos que podemos escribir y borrar las paredes de los dominios con pulsos de luz individuales”, dice Xijie Wang, directora del grupo UED de SLAC.

Anshul Kogar, un investigador postdoctoral en el grupo de Gedik, dice: “Las paredes de dominio son una característica particularmente interesante porque tienen propiedades que difieren del resto del material”.

Por ejemplo, podrían desempeñar un papel en el cambio drástico que se observa en el tantalio.

La resistencia eléctrica del disulfuro cuando se expone a pulsos de luz ultracorta fue observado anteriormente por otro grupo.

El científico del personal de SLAC, Xiaozhe Shen, uno de los autores principales del estudio del equipo de Wang, dice: “UED nos permitió analizar en detalle cómo se formaron los dominios con el tiempo, qué tan grandes eran y cómo se distribuyeron en el material”.

Los investigadores también encontraron que pueden ajustar el proceso ajustando la temperatura del cristal y la energía del pulso de luz, lo que les da control sobre el cambio de material.

En un próximo paso, el equipo desea obtener aún más control, por ejemplo, configurando el pulso de luz de manera que permita generar patrones de dominio particulares en el material.

“El hecho de que podamos afinar un material de una manera muy simple parece muy fundamental”, dice Wang.

“Tan fundamental, de hecho, que podría convertirse en un paso importante hacia el uso de la luz para crear las propiedades exactas del material que queremos”.

Fuente: SLAC