In uno studio proof-of-concept pubblicato in Fisica della natura , i ricercatori hanno disegnato quadrati magnetici in un materiale non magnetico con una penna elettrificata e poi hanno "letto" questo scarabocchio magnetico con i raggi X.

L'esperimento ha dimostrato che le proprietà magnetiche possono essere create e annientate in un materiale non magnetico con l'applicazione precisa di un campo elettrico, cosa a lungo ricercata dagli scienziati alla ricerca di un modo migliore per archiviare e recuperare informazioni su dischi rigidi e altri dispositivi di memoria magnetica. La ricerca si è svolta presso lo SLAC National Accelerator Laboratory del Department of Energy e il Korea Advanced Institute of Science and Technology.

"L'importante è che sia reversibile. Cambiando la tensione del campo elettrico applicato si smagnetizza nuovamente il materiale, " disse Hendrik Ohldag, un coautore del documento e scienziato presso la Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL) del laboratorio, una struttura per gli utenti dell'Office of Science del DOE.

"Ciò significa che questa tecnica potrebbe essere utilizzata per progettare nuovi tipi di dispositivi di archiviazione di memoria con ulteriori livelli di informazioni che possono essere attivati ​​e disattivati ​​con un campo elettrico, piuttosto che i campi magnetici utilizzati oggi, " Ohldag ha detto. "Ciò consentirebbe un controllo più mirato, e sarebbe meno probabile che causi effetti indesiderati nelle aree magnetiche circostanti".

"Questa scoperta sperimentale è importante per superare le attuali difficoltà nelle applicazioni di archiviazione, " ha detto Jun-Sik Lee, uno scienziato dello staff SLAC e uno dei leader dell'esperimento. "Ora possiamo fare una dichiarazione definitiva:questo approccio può essere implementato per progettare dispositivi di archiviazione futuri".

Allineare i giri

Le proprietà magnetiche di un materiale sono determinate dall'orientamento degli spin degli elettroni. Nei materiali ferromagnetici, trovato nei dischi rigidi, magneti da frigorifero e aghi da bussola, tutti gli spin degli elettroni sono allineati nella stessa direzione. Questi spin possono essere manipolati applicando un campo magnetico, capovolgendoli da nord a sud, ad esempio, per memorizzare le informazioni come uno e zero.

Gli scienziati hanno anche provato diversi modi per creare uno "stato multiferroico, " dove il magnetismo può essere manipolato con un campo elettrico.

"Questo è diventato uno dei Santi Graal della tecnologia negli ultimi dieci anni, " Ohldag ha detto. "Ci sono studi che hanno mostrato aspetti di questo stato multiferroico prima. La novità qui è che progettando un materiale particolare, siamo riusciti a creare ed eliminare il magnetismo in modo controllato su scala nanometrica".

Diafonia tra elettricità e magnetismo

In questo studio, il team ha iniziato con un materiale antiferromagnetico, uno che ha piccole chiazze di magnetismo che si annullano a vicenda, in modo che nel complesso non agisca come un magnete.

Sia gli antiferromagneti che i ferromagneti mostrano proprietà magnetiche solo al di sotto di una certa temperatura, e al di sopra di tale temperatura diventano non magnetici.

Progettando un materiale antiferromagnetico drogato con l'elemento lantanio, i ricercatori hanno scoperto di poter regolare le proprietà del materiale in modo tale che elettricità e magnetismo possano influenzarsi a vicenda a temperatura ambiente. Potrebbero quindi capovolgere le proprietà magnetiche con un campo elettrico.

Per vedere questi cambiamenti, hanno messo a punto un microscopio a raggi X a trasmissione di scansione a SSRL in modo che potesse rilevare lo spin magnetico degli elettroni. Le immagini a raggi X hanno confermato che la magnetizzazione era avvenuta, ed era veramente reversibile.

Prossimo, il team di ricerca vorrebbe testare altri materiali, per vedere se riescono a trovare un modo per rendere l'effetto ancora più pronunciato.