In un nuovo studio rivoluzionario, scienziati e ingegneri dell'Università del Minnesota hanno trasformato elettricamente il solfuro di ferro, un materiale non magnetico abbondante e a basso costo, noto anche come "oro degli sciocchi" o pirite, in un materiale magnetico.

Questa è la prima volta che gli scienziati trasformano elettricamente un materiale interamente non magnetico in uno magnetico, e potrebbe essere il primo passo nella creazione di nuovi materiali magnetici di valore per dispositivi di memoria per computer più efficienti dal punto di vista energetico.

La ricerca è pubblicata su Progressi scientifici , una rivista scientifica peer-reviewed pubblicata dall'American Association for the Advancement of Science (AAAS).

"La maggior parte delle persone esperte di magnetismo direbbe probabilmente che è impossibile trasformare elettricamente un materiale non magnetico in uno magnetico. Quando abbiamo guardato un po' più in profondità, però, abbiamo visto un potenziale percorso, e l'ha fatto accadere, " ha detto Chris Leighton, il ricercatore capo dello studio e un distinto professore della McKnight University dell'Università del Minnesota presso il Dipartimento di ingegneria chimica e scienza dei materiali.

Leighton e i suoi colleghi, tra cui Eray Aydil alla New York University e Laura Gagliardi (chimica) alla University of Minnesota, hanno studiato il solfuro di ferro, o "oro degli sciocchi, " per più di un decennio per un possibile utilizzo nelle celle solari. Lo zolfo in particolare è un sottoprodotto molto abbondante e a basso costo della produzione di petrolio. Sfortunatamente, scienziati e ingegneri non hanno trovato un modo per rendere il materiale abbastanza efficiente da realizzare a basso costo, celle solari abbondanti sulla terra.

"Siamo davvero tornati al materiale del solfuro di ferro per cercare di capire i blocchi stradali fondamentali a basso costo, celle solari non tossiche, " disse Leighton. "Nel frattempo, il mio gruppo lavorava anche nel campo emergente della magnetoionica, dove cerchiamo di utilizzare le tensioni elettriche per controllare le proprietà magnetiche dei materiali per potenziali applicazioni nei dispositivi di memorizzazione dei dati magnetici. Ad un certo punto ci siamo resi conto che avremmo dovuto combinare queste due direzioni di ricerca, e ha pagato".

Leighton ha affermato che il loro obiettivo era manipolare le proprietà magnetiche dei materiali con una sola tensione, con pochissima corrente elettrica, che è importante per rendere i dispositivi magnetici più efficienti dal punto di vista energetico. I progressi fino ad oggi avevano incluso l'accensione e lo spegnimento del ferromagnetismo, la forma tecnologicamente più importante di magnetismo, in altri tipi di materiali magnetici. solfuro di ferro, però, offriva la prospettiva di indurre potenzialmente elettricamente ferromagnetismo in un materiale interamente non magnetico.

Nello studio, i ricercatori hanno utilizzato una tecnica chiamata elettrolita gating. Hanno preso il materiale non magnetico di solfuro di ferro e lo hanno messo in un dispositivo a contatto con una soluzione ionica, o elettrolita, paragonabile a Gatorade. Hanno quindi applicato un minimo di 1 volt (meno tensione di una batteria domestica), spostato molecole caricate positivamente all'interfaccia tra l'elettrolita e il solfuro di ferro, e magnetismo indotto. È importante sottolineare che sono stati in grado di spegnere la tensione e riportare il materiale al suo stato non magnetico, il che significa che possono attivare e disattivare il magnetismo in modo reversibile.

"Siamo rimasti piuttosto sorpresi che abbia funzionato, " Ha detto Leighton. "Applicando la tensione, essenzialmente versiamo elettroni nel materiale. Si scopre che se si ottengono concentrazioni sufficientemente elevate di elettroni, il materiale vuole diventare spontaneamente ferromagnetico, che siamo riusciti a capire con la teoria. Questo ha un sacco di potenziale. Dopo averlo fatto con solfuro di ferro, we guess we can do it with other materials as well."

Leighton said they would never have imagined trying this approach if it wasn't for his team's research studying iron sulfide for solar cells and the work on magnetoionics.

"It was the perfect convergence of two areas of research, " Egli ha detto.

Leighton said the next step is to continue research to replicate the process at higher temperatures, which the team's preliminary data suggest should certainly be possible. They also hope to try the process with other materials and to demonstrate potential for real devices.