Un grupo de investigadores financiado con fondos europeos diseñó una herramienta para calcular la respuesta magnetoóptica de materiales que son prometedores para aplicaciones innovadoras en nanotecnología y física de la materia condensada. Tras el reciente descubrimiento de materiales extraordinarios. como los aislantes topológicos y determinadas nanoestructuras carbonosas, este logro parece llegar en el momento más oportuno.
La teoría de perturbaciones proporciona una herramienta útil para describir cómo responden los sistemas moleculares frente a campos electromagnéticos. No obstante, no permite describir con suficiente precisión cómo reacciona la materia sólida. Esta investigación reviste particular importancia para los materiales magnetoópticos, que son aquellos en los que mediante un campo magnético se puede hacer rotar la luz polarizada que los atraviesa.
En la actualidad no hay ninguna teoría que permita describir con suficiente precisión la respuesta electromagnética macroscópica de los sólidos. Lo único que se ha estudiado ampliamente en años recientes es su respuesta frente a campos estáticos. Los científicos participantes en el proyecto RESPSPATDISP (First-principles theory of spatial dispersion in electromagnetic response of solids: applications to natural optical activity and magnetoelectric effect) se propusieron ampliar las teorías recientes para incluir perturbaciones electromagnéticas con una dependencia temporal.
Utilizando distintos métodos, los investigadores consiguieron derivar una expresión para la respuesta magnetoóptica de sistemas periódicos frente a campos electromagnéticos arbitrarios.
Este formalismo matemático se incorporó a un programa científico de código libre denominado Octopus. El código desarrollado permite describir la dinámica electrónica-iónica en función del tiempo de sistemas finitos y ampliados frente a perturbaciones electromagnéticas intensas y dependientes del tiempo. Utilizando este código, los investigadores estudiaron la respuesta magnetoóptica de semiconductores de uso habitual.
Esta versátil herramienta de análisis espectroscópico recién desarrollada servirá para guiar e interpretar nuevos experimentos, incluidos los realizados en grandes instalaciones como un sincrotrón. Para proyectos de investigación futuros, la metodología adoptada por el equipo de RESPSPATDISP requiere acceso a centros de supercomputación del máximo nivel.
El posible descubrimiento de nuevos fenómenos magnetoópticos en nanoestructuras carbonosas y aislantes topológicos agilizará los avances realizados en computación cuántica y dispositivos espintrónicos de próxima generación.
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