Gli spin degli elettroni sono proprietà fondamentali degli elettroni che ne determinano il comportamento magnetico. In materiali come l'ossido di nichel, gli spin degli elettroni interagiscono con il reticolo cristallino, dando origine a una varietà di fenomeni magnetici. Comprendere come si verificano queste interazioni è fondamentale per la progettazione di nuovi materiali per l'archiviazione di dati magnetici e altre applicazioni.
Ora, un team di ricercatori guidati dal Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) del Dipartimento dell’Energia ha fatto un passo avanti nella comprensione di come gli spin degli elettroni interagiscono con il reticolo cristallino dell’ossido di nichel. I loro risultati, pubblicati sulla rivista Nature Communications, forniscono una base per comprendere e progettare nuovi materiali per l'archiviazione di dati magnetici.
"Il nostro studio rivela i dettagli microscopici di come gli spin degli elettroni interagiscono con il reticolo dell'ossido di nichel", ha affermato l'autore principale Yimei Zhu, ricercatore post-dottorato presso la Divisione di Scienze dei Materiali del Berkeley Lab. "Questa comprensione è essenziale per la progettazione razionale di nuovi materiali con le proprietà magnetiche desiderate."
I ricercatori hanno utilizzato una combinazione di tecniche sperimentali, tra cui la diffusione di neutroni e la spettroscopia di assorbimento dei raggi X, per studiare le eccitazioni magnetiche nell'ossido di nichel. Hanno scoperto che gli spin degli elettroni interagiscono con il reticolo in due modi diversi:attraverso l'interazione di scambio e l'interazione spin-orbita.
L'interazione di scambio è un'interazione magnetica tra due elettroni che risulta dal principio di esclusione di Pauli. L'interazione spin-orbita è un effetto relativistico che nasce dall'interazione tra lo spin dell'elettrone e il suo movimento.
I ricercatori hanno scoperto che l'interazione di scambio è l'interazione dominante nell'ossido di nichel. Tuttavia, anche l’interazione spin-orbita gioca un ruolo significativo nel determinare le proprietà magnetiche del materiale.
"Il nostro studio fornisce una comprensione completa di come gli spin degli elettroni interagiscono con il reticolo dell'ossido di nichel", ha affermato l'autore senior Junjie Zhang, uno scienziato della Divisione di Scienze dei Materiali del Berkeley Lab. “Questa comprensione ci consentirà di progettare nuovi materiali con proprietà magnetiche su misura per un’ampia gamma di applicazioni, come l’archiviazione di dati magnetici, la spintronica e l’informatica quantistica”.
Oltre a Zhu e Zhang, altri ricercatori coinvolti nello studio includono:Wenbin Wang, Xiangli Peng e Xiao Zhang del Berkeley Lab; e Robert J. Cava dell'Università di Princeton.
Questa ricerca è stata supportata dal DOE Office of Science, Office of Basic Energy Sciences, Materials Sciences and Engineering Division, nell'ambito del contratto n. DE-AC02-05CH11231. L'accesso alla linea di luce Advanced Light Source 12.3.2 è stato fornito dal DOE Office of Science, Office of Basic Energy Sciences. Esperimenti di diffusione dei neutroni sono stati eseguiti presso la Spallation Neutron Source (SNS), una struttura utente del DOE Office of Science gestita dall'Oak Ridge National Laboratory.
