D’ici quelques décennies, les progrès de la technologie quantique devraient révolutionner plusieurs des domaines les plus importants de la société et ouvrir la voie à des possibilités technologiques complètement nouvelles dans les domaines de la communication et de l’énergie. Les propriétés particulières et bizarres des particules quantiques, qui s'écartent complètement des lois de la physique classique et peuvent rendre les matériaux magnétiques ou supraconducteurs, sont particulièrement intéressantes pour les chercheurs dans ce domaine.

En comprenant mieux comment et pourquoi ce type d'états quantiques apparaissent, l'objectif est de pouvoir contrôler et manipuler les matériaux pour obtenir des propriétés mécaniques quantiques.

Jusqu’à présent, les chercheurs n’ont pu induire des comportements quantiques, tels que le magnétisme et la supraconductivité, qu’à des températures extrêmement froides. Par conséquent, le potentiel de la recherche quantique est encore limité aux environnements de laboratoire.

Aujourd'hui, une équipe de recherche de l'Université de Stockholm et de l'Institut nordique de physique théorique (NORDITA) en Suède, de l'Université du Connecticut et du Laboratoire national des accélérateurs du SLAC aux États-Unis, de l'Institut national pour la science des matériaux à Tsukuba, au Japon, de l'Elettra-Sincrotrone Trieste , l'Université "La Sapienza" de Rome et l'Université Ca' Foscari de Venise en Italie, est la première au monde à démontrer dans une expérience comment la lumière laser peut induire du magnétisme dans un matériau non magnétique à température ambiante.

Dans l'étude publiée dans Nature , les chercheurs ont soumis le matériau quantique, le titanate de strontium, à des faisceaux laser courts mais intenses d'une longueur d'onde et d'une polarisation particulières, au magnétisme induit.

"L'innovation de cette méthode réside dans le concept consistant à laisser la lumière déplacer les atomes et les électrons de ce matériau dans un mouvement circulaire, afin de générer des courants qui le rendent aussi magnétique qu'un aimant de réfrigérateur. Nous avons pu le faire en développant une nouvelle lumière source dans l'infrarouge lointain avec une polarisation en forme de "tire-bouchon", explique le directeur de recherche Stefano Bonetti à l'Université de Stockholm et à l'Université Ca' Foscari de Venise.

"C'est la première fois que nous parvenons à induire et à voir clairement comment le matériau devient magnétique à température ambiante dans une expérience. De plus, notre approche permet de fabriquer des matériaux magnétiques à partir de nombreux isolants, alors que les aimants sont généralement constitués de métaux. à long terme, cela ouvre la voie à des applications complètement nouvelles dans la société. "

La méthode est basée sur la théorie de la « multiferroïcité dynamique », qui prédit que lorsque des atomes de titane sont « agités » par une lumière polarisée circulairement dans un oxyde à base de titane et de strontium, un champ magnétique se forme. Mais ce n’est que maintenant que la théorie peut être confirmée dans la pratique. Cette avancée devrait avoir de larges applications dans plusieurs technologies de l'information.

"Cela ouvre la voie à des commutateurs magnétiques ultra-rapides qui peuvent être utilisés pour un transfert d'informations plus rapide et un stockage de données considérablement amélioré, ainsi qu'à des ordinateurs nettement plus rapides et plus économes en énergie", déclare Alexander Balatsky, professeur de physique à NORDITA.

En fait, les résultats de l'équipe ont déjà été reproduits dans plusieurs autres laboratoires, et une publication dans le même numéro de Nature démontre que cette approche peut être utilisée pour écrire, et donc stocker, des informations magnétiques. Un nouveau chapitre dans la conception de nouveaux matériaux utilisant la lumière a été ouvert.