Criado material magnético para controlar a luz

Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/01/2024

Os ímãs transparentes capazes de controlar a luz são cruciais para uma série de tecnologias de próxima geração.
[Imagem: Hibiki Miyashita et al. - 10.1016/j.optmat.2023.114530]

Controle magnético da luz

Em um avanço significativo na tecnologia óptica, pesquisadores japoneses desenvolveram um novo método para criar ímãs transparentes, o que é crucial para as aplicações que envolvem a luz, como os processadores fotônicos.

Baseado na bem conhecida técnica de aquecimento a laser, esta inovação apresenta uma nova abordagem para controlar a luz usando o magnetismo e vice-versa - a integração de materiais magneto-ópticos com componentes puramente ópticos era um desafio de longa data na área.

"Este método resolve o desafio chave de integrar materiais magneto-ópticos com circuitos ópticos sem danificá-los - um problema que tem dificultado os avanços na miniaturização de dispositivos de comunicação óptica," disse o professor Taichi Goto, da Universidade de Tohoku.

O material é uma granada de ítrio-ferro (YIG) modificada com o elemento cério (Ce:YIG), o que o tornou transparente - uma granada é um mineral da categoria dos silicatos, utilizado, entre muitos outros casos, em experimentos de levitação quântica e na produção de luz em LEDs de DNA.

Estrutura do material magnético transparente.
[Imagem: Hibiki Miyashita et al. - 10.1016/j.optmat.2023.114530]

Granada modificada com cério

Os isoladores magneto-ópticos são vitais para garantir a estabilidade da comunicação por luz. Eles funcionam como dirigidores de tráfego para os sinais luminosos, permitindo-lhes mover-se em uma direção, mas não na outra. A integração desses isoladores em circuitos fotônicos baseados em silício é um desafio devido aos processos de alta temperatura normalmente envolvidos em sua fabricação.

Para tentar lidar com esse gargalo, a equipe concentrou sua atenção no recozimento a laser, uma técnica que aquece seletivamente áreas específicas de um material usando luz. Isto permite um controle preciso, influenciando apenas as regiões alvo, sem afetar as áreas circundantes.

A abordagem teoricamente mais promissora consiste em modificar as granadas usando o elemento cério, mas as técnicas não avançavam porque a mera exposição ao ar resulta em reações químicas indesejadas. Por conta disso, a maioria dos trabalhos na área se baseia no elemento bismuto, que não é tão bom, mas não dá tantos problemas.

Para evitar esses problemas, os pesquisadores desenvolveram um novo dispositivo que aquece os materiais no vácuo por meio de um laser. Ao eliminar o ar, a técnica obtém o necessário aquecimento preciso de pequenas áreas (cerca de 60 micrômetros) sem induzir as reações indesejadas que alteram o material circundante.

"A expectativa é que o material magnético transparente criado através deste método melhore significativamente o desenvolvimento de isoladores magneto-ópticos compactos, cruciais para uma comunicação óptica estável," comentou Goto. "Além disso, ele abre caminhos para a criação de poderosos lasers miniaturizados, monitores de alta resolução e dispositivos ópticos pequenos."

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