Un equipo de científicos ha desarrollado una nueva forma poderosa de detectar señales magnéticas sutiles en metales comunes como cobre, oro y aluminio, utilizando nada más que luz y una técnica inteligente. Su investigación, publicada recientemente en la prestigiosa revista nortecomunicaciones de Aturepodría allanar el camino para los avances en todo, desde teléfonos inteligentes hasta computación cuántica.
El rompecabezas de larga data: ¿Por qué no podemos ver el efecto de la sala óptica?
Durante más de un siglo, los científicos han sabido que las corrientes eléctricas se doblan en un campo magnético, un fenómeno conocido como el efecto de la sala. En materiales magnéticos como el hierro, este efecto es fuerte y bien entendido. Pero en metales no magnéticos ordinarios como el cobre u oro, el efecto es mucho más débil.
En teoría, un fenómeno relacionado, el efecto de la sala óptica, debería ayudar a los científicos a visualizar cómo se comportan los electrones cuando interactúan los campos ligeros y magnéticos. Pero en longitudes de onda visibles, este efecto se ha mantenido demasiado sutil para detectar. El mundo científico ha sabido que estaba allí, pero carecía de las herramientas para medirlo.
«Fue como tratar de escuchar un susurro en una habitación ruidosa durante décadas», dijo el profesor Amir Capua. «Todos sabían que el susurro estaba allí, pero no teníamos un micrófono lo suficientemente sensible como para escucharlo».
Descifrar el código: una mirada más cercana al invisible
Dirigido por Ph.D. El candidato Nadav Am Shalom y el Prof. Amir Capua del Instituto de Ingeniería Eléctrica y Física Aplicada en la Universidad Hebrea, en colaboración con el Prof. Binghai Yan del Instituto Weizmann de Ciencias, la Universidad Estatal de Pensilvania y el Prof. Igor Rozhansky de la Universidad de Manchester, el estudio se enfoca en un desafío tripulado en Physics: Cómo detectar los materiales.
«Puede pensar en metales como el cobre y el oro como magnéticamente ‘silenciosos’, no se adhieren a su refrigerador como lo hace el hierro», explicó el profesor Capua. «Pero en realidad, en las condiciones correctas, responden a los campos magnéticos, solo de maneras extremadamente sutiles».
El desafío siempre ha sido cómo detectar estos pequeños efectos, especialmente el uso de la luz en el espectro visible donde las fuentes láser están fácilmente disponibles. Hasta ahora, la señal era simplemente demasiado débil para observar.
Subiendo el volumen en susurros magnéticos
Para resolver esto, los investigadores actualizaron un método llamado efecto Kerr magneto-óptico (moke), que utiliza un láser para medir cómo el magnetismo altera la reflexión de la luz. Piense en ello como usar una linterna de alta potencia para atrapar el brillo más débil de una superficie en la oscuridad.
Al combinar un láser azul de 440 nanómetros con modulación de gran amplitud del campo magnético externo, aumentaron drásticamente la sensibilidad de la técnica. El resultado: pudieron recoger «ecos» magnéticos en metales no magnéticos como cobre, oro, aluminio, tantalio y platino, una hazaña previamente considerada casi imposible.
Por qué importa: cuando el ruido se convierte en una señal
El efecto Hall es una herramienta fundamental en la industria de semiconductores y en el estudio de materiales a escala atómica: ayuda a los científicos a descubrir cuántos electrones hay en un metal. Pero tradicionalmente, medir el efecto de la sala significa unir físicamente cables pequeños al dispositivo, un proceso que requiere mucho tiempo y complicado, especialmente cuando se trata de componentes de tamaño nanométrico. Sin embargo, el nuevo enfoque es mucho más simple: simplemente requiere brillar un láser en el dispositivo eléctrico, no se necesitan cables.
Excavando más profundamente, el equipo descubrió que lo que parecía ser un «ruido» aleatorio en su señal no fue aleatorio en absoluto. En cambio, siguió un patrón claro vinculado a una propiedad cuántica llamada acoplamiento de órbita giratoria, que vincula cómo los electrones se mueven con cómo giran, un comportamiento clave en la física moderna.
Esta conexión también afecta la forma en que la energía magnética se disipa en los materiales. Estas ideas tienen implicaciones directas para el diseño de la memoria magnética, los dispositivos espintrónicos e incluso los sistemas cuánticos.
«Es como descubrir que la estática en una radio no es solo interferencia, es alguien susurrando información valiosa», dijo Ph.D. Candidato Am Shalom. «Ahora estamos usando la luz para ‘escuchar’ a estos mensajes ocultos de electrones».
Mirando hacia el futuro: una nueva ventana hacia Spin and Magnetism
La técnica ofrece una herramienta no invasiva y altamente sensible para explorar el magnetismo en los metales, sin la necesidad de imanes masivos o condiciones criogénicas. Su simplicidad y precisión podrían ayudar a los ingenieros a construir procesadores más rápidos, sistemas más eficientes en energía y sensores con precisión sin precedentes.
«Esta investigación convierte un problema científico de casi 150 años en una nueva oportunidad», dijo el profesor Capua.
«Curiosamente, incluso Edwin Hall, los mejores científicos de todos, que descubrieron el efecto de la sala, intentó medir su efecto usando un haz de luz sin éxito. Resume la oración final de su notable documento de 1881:» Creo que si la acción de la plata había sido una décima parte más fuerte que la de hierro, el efecto se habría detectado. No se observó tal efecto «. (E. Hall, 1881) «.
«Al sintonizar la frecuencia correcta, y saber dónde mirar, hemos encontrado una manera de medir lo que alguna vez se pensó invisible».
