Per la prima volta, i ricercatori hanno dimostrato un nuovo modo di eseguire funzioni essenziali per il calcolo futuro tre ordini di grandezza più velocemente degli attuali dispositivi commerciali. Il team guidato dal Professore Associato Shinobu Ohya ha creato un dispositivo a semiconduttore spintronico su nanoscala che può parzialmente passare da uno stato magnetico specifico a un trilione di volte al secondo (terahertz—THz), ben oltre le frequenze dei dispositivi attuali.

C'è un'alta probabilità che tu abbia acquistato un computer o uno smartphone in questo decennio. Quando hai guardato la descrizione, potresti aver notato che la velocità di tali dispositivi viene spesso misurata in gigahertz (GHz). Attualmente, la maggior parte dei dispositivi si aggira intorno a pochi gigahertz. Ma il progresso accelera, e i ricercatori cercano nuovi modi per aumentare la frequenza e le prestazioni dei dispositivi. A tal fine, I ricercatori UTokyo della Graduate School of Engineering e Graduate School of Frontier Sciences stanno esplorando il campo emergente della spintronica.

"Spero che la nostra ricerca porti a dispositivi logici e di memoria basati sulla spintronica, " disse Ohya. "Entro decenni, le persone dovrebbero vedere smartphone e data center spintronici. Realizzeremmo incredibili guadagni di prestazioni in aree come l'intelligenza artificiale e oltre".

Spintronica, alias "elettronica di rotazione, " sfrutta una proprietà intrinseca degli elettroni chiamata spin, responsabile del comportamento magnetico, per svolgere funzioni. Per esempio, il calcolo si basa su stati commutabili di un materiale fisico come un modo per trasferire informazioni. notoriamente, gli uni e gli zeri che compongono il codice binario sono rappresentati dai livelli di tensione nei cavi di comunicazione o dagli stati magnetici di un metallo magnetico in un disco rigido. Più veloce è il passaggio da uno stato all'altro, maggiori sono le prestazioni del dispositivo. Nei dispositivi spintronici, stati discreti di magnetizzazione di spin rappresentano cifre binarie.

Un modo in cui i ricercatori creano questa proprietà è irradiare uno speciale materiale magnetico con impulsi brevi ma ad alta frequenza di radiazioni terahertz, simile a quello dei body scanner aeroportuali. La radiazione capovolge gli spin degli elettroni in questo materiale - arseniuro di manganese ferromagnetico (MnAs) - e quindi la sua magnetizzazione, in meno di un picosecondo, tre ordini di grandezza più veloci dei transistor che passano nei microchip. Altri ricercatori lo hanno già provato, ma il cambiamento magnetico in risposta agli impulsi era solo dell'1 percento, troppo piccolo per essere di utilità pratica.

Ora, però, Ohya e il suo team hanno dimostrato con successo un cambiamento di grandezza maggiore nella magnetizzazione delle nanoparticelle di MnAs soggette a impulsi terahertz. Questa maggiore risposta del 20 percento significa che potrebbe essere più utile nella ricerca e suggerimenti su possibili applicazioni future. Il loro trucco era sfruttare la componente elettrica della radiazione elettromagnetica terahertz piuttosto che la componente magnetica.

"Fino ad ora i ricercatori in questo settore hanno utilizzato pellicole metalliche ferromagnetiche per studiare la modulazione terahertz della magnetizzazione, ma questi impedivano l'energia della radiazione, "ha detto Ohya. "Invece abbiamo incorporato le nostre nanoparticelle ferromagnetiche in un film semiconduttore di 100 nanometri di spessore. Questo ostacola la radiazione molto meno, quindi il campo elettrico terahertz raggiunge uniformemente e capovolge gli spin, e quindi magnetizzazione, delle nanoparticelle".