studiate le proprietà magneto-ottiche di un magnete di van der Waals che supporta un forte accoppiamento di fotoni ed eccitoni anche in assenza di specchi di cavità esterne
Il controllo dei materiali quantistici con la luce è di fondamentale importanza e tecnologia. Utilizzando il forte accoppiamento tra luce e materia nelle cavità ottiche, studi recenti sono stati in grado di modificare alcune delle loro caratteristiche più distintive. Un nuovo studio condotto dal dottor Vinod M. Menon (1) e dal suo gruppo presso il City College of New York (2) mostra che intrappolare la luce all’interno dei materiali magnetici può migliorare notevolmente le loro proprietà intrinseche. Forti risposte ottiche dei magneti sono importanti per lo sviluppo di laser magnetici e dispositivi di memoria magneto-ottici, nonché per le applicazioni emergenti di trasduzione quantistica.
Nel loro nuovo articolo su Nature (3), Menon e il suo team riportano le proprietà di un magnete a strati che ospita eccitoni fortemente legati, quasiparticelle con interazioni ottiche particolarmente forti. Per questo motivo, il materiale è in grado di intrappolare la luce, da solo. Come mostrano i loro esperimenti, le risposte ottiche di questo materiale ai fenomeni magnetici sono ordini di grandezza più forti di quelle dei magneti tipici. «Poiché la luce rimbalza avanti e indietro all'interno del magnete, le interazioni risultano davvero migliorate», afferma il Dottor Florian Dirnberger (4), l'autore principale dello studio.
«Per fare un esempio, quando applichiamo un campo magnetico esterno, la riflessione della luce nel vicino infrarosso viene alterata così tanto che il materiale sostanzialmente cambia colore. Questa è una risposta magneto-ottica piuttosto forte. Normalmente, la luce non risponde così fortemente al magnetismo», ha detto il dottor Vinod M. Menon. «Ecco perché le applicazioni tecnologiche basate sugli effetti magneto-ottici spesso richiedono l'implementazione di schemi di rilevamento ottico sensibili».
Su come i progressi possono portare benefici alla gente comune, il coautore dello studio Jiamin Quan (5) ha detto: «Le applicazioni tecnologiche dei materiali magnetici oggi sono per lo più legate ai fenomeni magnetoelettrici. Date le interazioni così forti tra magnetismo e luce, ora possiamo sperare un giorno di creare laser magnetici e di riconsiderare i vecchi concetti di memoria magnetica controllata otticamente». Anche Rezlind Bushati, uno studente laureato del gruppo Menon, ha contribuito al lavoro sperimentale.
Lo studio condotto in stretta collaborazione con il dottor Andrea Alùe (6) il suo gruppo presso il CUNY Advanced Science Research Center è il risultato di un'importante collaborazione internazionale. Gli esperimenti condotti presso CCNY e ASRC sono stati integrati da misurazioni effettuate presso l'University of Washington nel gruppo del professor Xiaodong Xu dal dottor Geoffrey Diederich. Il supporto teorico è stato fornito dal dottor Akashdeep Kamra e dal professor Francisco J. Garcia-Vidal dell'Universidad Autónoma de Madrid e dal dottor Matthias Florian dell'University of Michigan. I materiali sono stati coltivati dal Professor Zdenek Sofer e Kseniia Mosina presso l'UCT di Praga e il progetto è stato ulteriormente supportato dal dottor Julian Klein del MIT. Il lavoro al CCNY è stato sostenuto attraverso US Air Force Office of Scientific Research, il National Science Foundation (NSF) – Division of Materials Research, il NSF CREST IDEALS center, DARPA e il German Research Foundation.
Riferimenti:
(1) Vinod M. Menon
(3) Magneto-optics in a van der Waals magnet tuned by self-hybridized polaritons
(5) Jiamin Quan
(6) Andrea Alùe
Descrizione foto: La luce intrappolata all’interno di un cristallo magnetico può potenziare fortemente le sue interazioni magneto-ottiche. - Credit: Rezlind Bushati.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: CCNY scientists trap light inside a magnet