Un team di scienziati ha scoperto il primo esempio robusto di un nuovo tipo di magnete, uno che promette di migliorare le prestazioni delle tecnologie di archiviazione dei dati.

Questo magnete "a base singola" differisce dai magneti convenzionali, in cui piccoli costituenti magnetici si allineano tra loro per creare un forte campo magnetico. Al contrario, il magnete appena scoperto basato su singoletto ha campi che entrano ed escono dall'esistenza, risultando in una forza instabile, ma anche potenzialmente più flessibile rispetto alle controparti convenzionali.

"C'è una grande quantità di ricerche in questi giorni sull'uso di magneti e magnetismo per migliorare le tecnologie di archiviazione dei dati, " spiega Andrew Wray, un assistente professore di fisica alla New York University, che ha guidato il gruppo di ricerca. "I magneti a base di singoletto dovrebbero avere una transizione più improvvisa tra le fasi magnetiche e non magnetiche. Non è necessario fare molto per far sì che il materiale si capovolga tra stati non magnetici e fortemente magnetici, che potrebbe essere vantaggioso per il consumo di energia e la velocità di commutazione all'interno di un computer.

"C'è anche una grande differenza nel modo in cui questo tipo di magnetismo si accoppia con le correnti elettriche. Gli elettroni che entrano nel materiale interagiscono molto fortemente con i momenti magnetici instabili, piuttosto che semplicemente di passaggio. Perciò, è possibile che queste caratteristiche possano aiutare con i colli di bottiglia delle prestazioni e consentire un migliore controllo delle informazioni archiviate magneticamente".

Il lavoro, pubblicato sulla rivista Comunicazioni sulla natura , comprendeva anche ricercatori del Lawrence Berkeley National Laboratory, l'Istituto nazionale di standard e tecnologia, l'Università del Maryland, Università di Rutger, il laboratorio nazionale di Brookhaven, Università di Binghamton, e il Lawrence Livermore National Laboratory.

L'idea di questo tipo di magnete risale agli anni '60, basato su una teoria che era in netto contrasto con ciò che era noto da tempo sui magneti convenzionali.

Un tipico magnete contiene una serie di minuscoli "momenti magnetici" che sono bloccati in allineamento con altri momenti magnetici, tutti agiscono all'unisono per creare un campo magnetico. L'esposizione di questo assieme al calore eliminerà il magnetismo; questi piccoli momenti rimarranno, ma punteranno in direzioni casuali, non più allineato.

Un pensiero pionieristico 50 anni fa, al contrario, ipotizzò che un materiale privo di momenti magnetici potesse ancora essere un magnete. Sembra impossibile, notano gli scienziati, ma funziona a causa di una sorta di momento magnetico temporaneo chiamato "spin eccitone, " che può apparire quando gli elettroni si scontrano tra loro nelle giuste condizioni.

"Un singolo eccitone di spin tende a scomparire in breve tempo, ma quando ne hai tanti, la teoria suggeriva che potessero stabilizzarsi a vicenda e catalizzare la comparsa di ancora più eccitoni di spin, in una specie di cascata, "Spiega Wray.

Nel Comunicazioni sulla natura ricerca, gli scienziati hanno cercato di scoprire questo fenomeno. Diversi candidati erano stati trovati risalenti agli anni '70, ma tutti erano difficili da studiare, con magnetismo stabile solo a temperature estremamente basse.

Utilizzando lo scattering di neutroni, diffusione dei raggi X, e simulazioni teoriche, i ricercatori hanno stabilito un collegamento tra i comportamenti di un magnete molto più robusto, USB2, e le caratteristiche teorizzate dei magneti a base di singoletto.

"Questo materiale è stato un vero enigma negli ultimi due decenni:i modi in cui il magnetismo e l'elettricità parlano tra loro al suo interno erano noti per essere bizzarri e cominciavano ad avere senso solo con questa nuova classificazione, " commenta Lin Miao, un borsista post-dottorato della New York University e il primo autore del documento.

Nello specifico, hanno scoperto che USb2 contiene gli ingredienti critici per questo tipo di magnetismo, in particolare una proprietà della meccanica quantistica chiamata "Hundness" che regola il modo in cui gli elettroni generano momenti magnetici. È stato recentemente dimostrato che la grandezza è un fattore cruciale per una serie di proprietà della meccanica quantistica, compresa la superconduttività.