Gli scienziati finanziati dall’UE hanno progettato uno strumento per calcolare la risposta magneto-ottica di materiali promettenti per applicazioni innovative nella fisica della materia condensata e nella nanotecnologia. Dopo la recente scoperta di materiali straordinari, come gli isolanti topologici e alcune nanostrutture di carbonio, questo successo sembra essere giunto al momento giusto.
La teoria delle perturbazioni fornisce un potente strumento per descrivere come i sistemi molecolari reagiscono ai campi elettromagnetici. Tuttavia, non riesce a descrivere a sufficienza come reagisce la materia solida. La ricerca è particolarmente importante per i materiali magneto-ottici, in cui un campo magnetico può causare la rotazione della luce polarizzata poiché la luce viaggia attraverso il materiale.
Attualmente, non vi è alcuna teoria che descrive sufficientemente la risposta elettromagnetica macroscopica dei solidi. L’unico aspetto che è stato ampiamente studiato negli ultimi anni è la risposta a campi statici. Gli scienziati nell’ambito del progetto RESPSPATDISP (First-principles theory of spatial dispersion in electromagnetic response of solids: applications to natural optical activity and magnetoelectric effect) hanno lavorato all’estensione delle recenti teorie per includere le perturbazioni elettromagnetiche che mostrano dipendenza dal tempo.
Attraverso l’utilizzo di vari approcci, gli scienziati hanno derivato con successo un’espressione per la risposta magneto-ottica di sistemi periodici a campi elettromagnetici arbitrari.
Questo formalismo matematico è stato attuato in un programma open-source detto Octopus. Il codice sviluppato è in grado di descrivere la dinamica degli elettroni-ioni dipendenti dal tempo di sistemi finiti ed estesi a perturbazioni elettromagnetiche arbitrarie intense e dipendenti dal tempo. Mediante questo codice, gli scienziati hanno studiato la risposta magneto-ottica di semiconduttori ampiamente utilizzati.
Lo strumento versatile di nuova concezione per l’analisi spettroscopica può essere utilizzato in modo intensivo per guidare e interpretare nuovi esperimenti, compresi quelli presso grandi strutture come il sincrotrone. Per i futuri progetti scientifici, la metodologia che il team di RESPSPATDISP ha adottato richiede l’accesso ai centri di supercalcolo di alto livello.
La scoperta potenziale di nuovi fenomeni magneto-ottici in alcune nanostrutture di carbonio e isolanti topologici accelererà i progressi nel campo dell’informatica quantistica e dei dispositivi di spintronica di nuova generazione.
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