Materiais ferroicos se enquadram nessa categoria. Esses sólidos podem ser alternados entre dois estados distintos. Exemplos bem conhecidos incluem ferromagnetos, que alternam entre orientações magnéticas opostas, e ferroeletros, que podem manter polarizações elétricas opostas. Sua capacidade de responder a campos magnéticos ou elétricos torna os materiais ferroicos componentes essenciais em muitos dispositivos eletrônicos e de armazenamento de dados modernos.

No entanto, eles não estão isentos de limitações: são sensíveis a distúrbios externos — como campos magnéticos fortes próximos a um disco rígido — e seu desempenho geralmente se degrada com o tempo. Esses desafios motivaram os pesquisadores a buscar novas abordagens de armazenamento que sejam mais resilientes.

Materiais Ferroaxiais e Seus Estados de Vórtice Incomuns

Materiais ferroaxiais representam um ramo mais recente da família ferroica. Em vez de depender de estados de polarização magnética ou elétrica, esses materiais contêm vórtices de dipolos elétricos. Esses vórtices podem apontar em duas direções opostas, produzindo nem magnetização líquida nem polarização elétrica líquida. Eles são extremamente estáveis e naturalmente resistentes a campos externos, mas essa mesma estabilidade tornou-os muito difíceis de manipular, limitando o progresso científico nesta área.

Usando Luz Terahertz para Alternar Estados Ferroaxiais

Uma equipe liderada por Andrea Cavalleri demonstrou agora um método para controlar esses estados elusivos. Os pesquisadores usaram pulsos terahertz polarizados circularmente para alternar entre domínios ferroaxiais em sentido horário e anti-horário em um material chamado dimolibdato de ferro de rubídio (RbFe(MoO₄)2).

“Aproveitamos um campo efetivo sintético que surge quando um pulso terahertz impulsiona íons na rede cristalina em círculos,” explica o autor principal Zhiyang Zeng. “Esse campo efetivo é capaz de acoplar ao estado ferroaxial, assim como um campo magnético trocaria um ferromagneto ou um campo elétrico reverteria um estado ferroeletro,” acrescenta.

Alterando a helicidade, ou torção, dos pulsos polarizados circularmente, a equipe poderia estabilizar a disposição em sentido horário ou anti-horário dos dipolos elétricos. Como observa o coautor Michael Först, “dessa forma, possibilitando o armazenamento de informações nos dois estados ferroicos. Como os ferroaxiais estão livres de campos elétricos depolarizantes ou campos magnéticos estranhos, são candidatos extremamente promissores para armazenamento de dados não volátil e estável.”

Implicações para as Tecnologias Futuras de Informação Ultrafast

“Esta é uma descoberta emocionante que abre novas possibilidades para o desenvolvimento de uma plataforma robusta para armazenamento de informações ultrarrápidas,” diz Andrea Cavalleri. Ele acrescenta que o trabalho também destaca a crescente importância dos campos de fônons circulares, primeiramente demonstrados pelo grupo em 2017, como uma ferramenta poderosa para manipular fases materiais não convencionais.

Esta pesquisa foi amplamente apoiada pela Sociedade Max Planck e pelo Centro de Pós-Graduação Max Planck em Materiais Quânticos, que promove a colaboração com a Universidade de Oxford. Apoio adicional vem da Deutsche Forschungsgemeinschaft através do Cluster de Excelência ‘CUI: Advanced Imaging of Matter’. O MPSD também é parceiro do Centro de Ciência do Laser de Elétrons Livres (CFEL) com a DESY e a Universidade de Hamburgo.