Los investigadores arrojan nueva luz sobre los magnones para verificar las fases topológicas de los materiales magnéticos
"La dispersión Raman es una técnica experimental estándar disponible en muchos laboratorios, lo que constituye uno de los puntos fuertes de esta propuesta"
Muchas investigaciones recientes se han centrado en los materiales "topológicos", un curioso tipo de sólidos que se salen de la clasificación estándar de aislantes y conductores. Mientras que su masa es aislante, estas fases se caracterizan por canales conductores de la electricidad que aparecen en sus bordes. Se espera que estas fases topológicas desempeñen un papel importante en el futuro desarrollo de dispositivos informáticos estables y de computación cuántica a gran escala.
Un material magnético se expone a dos rayos láser cuyos campos eléctricos giran en direcciones opuestas. El material devuelve la luz dispersada. Si existe una diferencia entre la intensidad de la luz dispersada por los dos haces, el material se encuentra en una fase topológica.
Jörg Harms, MPSD
Las fases topológicas no se limitan a los sistemas electrónicos. También pueden darse en materiales magnéticos cuyas propiedades se describen en términos de ondas magnéticas, o los llamados magnones. Sin embargo, aunque los científicos han establecido técnicas para generar y leer corrientes de magnones, hasta ahora no habían podido determinar directamente una fase topológica de magnones. Ahora, investigadores de Alemania y Estados Unidos proponen que la presencia de tales fases puede verificarse directamente midiendo la luz dispersada por un material magnético. Su trabajo se ha publicado en Physical Review Letters (PRL).
Al igual que una onda sonora viaja por el aire, un magnón puede viajar a través de un material magnético creando una perturbación en su orden magnético. Ese orden puede imaginarse como una colección de peonzas que comparten un eje de rotación concreto. El efecto de la onda es inclinar ligeramente los ejes alrededor de los cuales giran las peonzas.
Una fase de magnones topológica está asociada a canales que pueden transportar una corriente de magnones a lo largo de los bordes de la muestra. Los investigadores confían en que estos canales de borde puedan utilizarse para transportar información en futuros dispositivos denominados espintrónicos, de forma análoga a como se utilizan las corrientes eléctricas para transmitir señales en los dispositivos electrónicos. Sin embargo, antes de que tales tecnologías puedan hacerse realidad, los científicos necesitan nuevas técnicas para validar si una fase magnética es topológica o no.
El equipo transatlántico de investigación estudió una clase de materiales magnéticos estructuralmente similares al grafeno y su interacción con dos tipos de luz láser polarizada, en la que el campo eléctrico del láser gira en el sentido de las agujas del reloj o en sentido contrario alrededor del eje del haz. Los científicos analizaron la luz dispersada por el material y demostraron que, si la intensidad dispersada es diferente para las dos polarizaciones, el material se encuentra en una fase topológica. Por el contrario, si no hay diferencia en la intensidad de la luz dispersada, el material no se encuentra en una fase topológica. De este modo, las propiedades de la luz dispersa actúan como claros indicadores de las fases topológicas de los materiales magnéticos.
La técnica es fácil de aplicar y puede extenderse también a otras cuasipartículas, afirma el autor principal, Emil Viñas Boström: "La dispersión Raman es una técnica experimental estándar disponible en muchos laboratorios, lo que constituye uno de los puntos fuertes de esta propuesta. Además, nuestros resultados son bastante generales y se aplican igualmente bien a otros tipos de sistemas formados por fonones, excitones o fotones".
A largo plazo, la esperanza es que los magnones puedan utilizarse para construir dispositivos tecnológicos más sostenibles y eficientes energéticamente: "Utilizar corrientes topológicas de magnones podría reducir potencialmente el consumo de energía de los dispositivos del futuro en un factor de aproximadamente 1.000 en comparación con los dispositivos electrónicos, aunque quedan muchas cuestiones por resolver hasta que lleguemos a ese punto", afirma Viñas Boström.
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