Speciali ossidi metallici potrebbero un giorno sostituire i materiali semiconduttori comunemente usati oggi nei processori. Ora, per la prima volta, un team internazionale di ricercatori della Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU), l'Università di Kaiserslautern e l'Università di Friburgo in Svizzera sono state in grado di osservare come l'eccitazione della carica elettronica modifica lo spin degli elettroni negli ossidi metallici in modo ultraveloce e infase. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Comunicazioni sulla natura .

Nella moderna elettronica dei semiconduttori, il primo passo fondamentale in ogni transistor è sollevare gli elettroni oltre il cosiddetto gap di banda nel semiconduttore. Gli elettroni devono muoversi attraverso un materiale che è, in realtà, non conduttore. "Dopo che sono stati eccitati attraverso il band gap, le cariche elettriche in movimento degli elettroni generano le correnti che vengono utilizzate nell'elaborazione delle informazioni. Queste correnti possono far surriscaldare i processori, con conseguente perdita di energia, " spiega il professor Wolf Widdra dell'Istituto di Fisica della MLU.

Spintronics tenta di risolvere questo problema con l'aiuto del cosiddetto spin. Questo è il momento angolare intrinseco di un elettrone che produce il momento magnetico, generando così il magnetismo che viene utilizzato nell'elaborazione delle informazioni. L'accoppiamento delle proprietà elettroniche e magnetiche determina la funzionalità. "Gli ossidi magnetici sono una classe importante di materiali per la spintronica perché non trasferiscono corrente di elettroni, solo informazioni magnetiche, "dice Widdra, che ha guidato lo studio come parte del Centro di ricerca collaborativo CRC/TRR 227 "Ultrafast Spin Dynamics" presso MLU e Freie Universität Berlin. Fino a poco tempo fa, però, non era chiaro come il trasferimento di elettroni attraverso la banda proibita si accoppiasse con lo spin dell'ossido magnetico. Il team ha ora osservato con successo questo processo e ha sviluppato una nuova teoria. Gruppi di fisici teorici e sperimentali hanno unito le forze per affrontare questo problema.

Utilizzando uno stato dell'arte, laser a impulsi ultracorti, i ricercatori sono stati in grado di eccitare un elettrone per sollevarlo attraverso il gap di banda nell'ossido di nichel. Hanno anche osservato come le informazioni sono state poi trasferite al sistema magnetico. Ciò ha permesso al team di identificare un meccanismo di accoppiamento ultraveloce precedentemente sconosciuto che si verifica su una scala di femtosecondi, cioè un quadrilionesimo di secondo. "Le complesse proprietà a molti corpi generate dall'eccitazione dell'elettrone da parte del laser hanno rivelato questa sorprendente osservazione, ma ci hanno anche fatto riflettere a lungo su come interpretarla correttamente, "aggiunge Widdra.

Secondo il fisico, i risultati ora aprono la strada alla spintronica ultraveloce. Ciò dovrebbe facilitare lo sviluppo di nuovi sistemi di archiviazione ultraveloci e tecnologie dell'informazione in futuro.