Una nuova forma di interazione magnetica che spinge un fenomeno precedentemente bidimensionale nella terza dimensione potrebbe aprire una serie di nuove ed entusiasmanti possibilità per l'archiviazione dei dati e l'informatica avanzata, dicono gli scienziati.

In un nuovo articolo pubblicato oggi sulla rivista Materiali della natura , un team guidato da fisici dell'Università di Glasgow descrive come è stato trovato un nuovo modo per trasmettere con successo informazioni da una serie di minuscoli magneti disposti su una pellicola ultrasottile ai magneti su una seconda pellicola sottostante.

La loro svolta aggiunge una dimensione extra letterale e metaforica alla "spintronica", il campo della scienza dedicato all'archiviazione dei dati, recupero ed elaborazione, che ha già avuto un forte impatto sull'industria tecnologica.

Chiunque abbia mai giocato con un paio di magneti sa che gli opposti si attraggono:il polo sud di un magnete attrae il polo nord dell'altro. Anche se questo è vero alla scala con cui la maggior parte delle persone ha familiarità, il modo in cui i magneti interagiscono tra loro subisce alcuni cambiamenti significativi man mano che i magneti si restringono.

Su scala nanometrica, dove i materiali magnetici possono essere grandi solo pochi miliardesimi di metro, i magneti interagiscono tra loro in strani nuovi modi, inclusa la possibilità di attrarsi e respingersi l'un l'altro ad angoli di 90 gradi invece che dritto.

Gli scienziati hanno già imparato a sfruttare queste proprietà insolite per codificare ed elaborare le informazioni in pellicole sottili ricoperte da un singolo strato di magneti su nanoscala.

I vantaggi di questi sistemi "spintronici":basso consumo energetico, elevata capacità di archiviazione e maggiore robustezza:hanno apportato preziose aggiunte alla tecnologia come le unità disco rigido magnetiche, e ha vinto il premio Nobel per gli scopritori della spintronica nel 2007.

Però, la funzionalità dei sistemi magnetici utilizzati oggi nei computer rimane confinata su un piano, limitando la loro capacità. Ora, il team guidato dall'Università di Glasgow, insieme ai partner delle Università di Cambridge e Amburgo, la Technical University of Eindhoven e la Aalto University School of Science hanno sviluppato un nuovo modo per comunicare le informazioni da uno strato all'altro, aggiungendo nuovo potenziale per l'archiviazione e il calcolo.

Dott. Amalio Fernandez-Pacheco, un EPSRC Early Career Fellow presso la Scuola di Fisica e Astronomia dell'Università, è l'autore principale del documento. Ha detto:"La scoperta di questo nuovo tipo di interazione tra strati vicini ci offre un modo ricco ed emozionante per esplorare e sfruttare stati magnetici 3D senza precedenti in magneti multistrato su nanoscala.

"È un po' come ricevere una nota in più in una scala musicale con cui suonare:apre un intero nuovo mondo di possibilità, non solo per l'elaborazione e l'archiviazione di informazioni convenzionali, ma potenzialmente per nuove forme di calcolo a cui non abbiamo ancora pensato."

La trasmissione inter-strato di informazioni che il team ha creato si basa su ciò che è noto ai fisici come interazioni chirali di spin, un tipo di forza magnetica che favorisce un particolare senso di rotazione nei magneti su scala nanometrica vicini. Grazie ai recenti progressi della spintronica, è ora possibile stabilizzare queste interazioni all'interno di uno strato magnetico. Questo è stato ad esempio sfruttato per creare skyrmion, un tipo di oggetto magnetico su scala nanometrica con proprietà superiori per applicazioni informatiche.

La ricerca del team ha ora esteso per la prima volta questi tipi di interazioni agli strati vicini. Hanno fabbricato un sistema multistrato formato da pellicole magnetiche ultrasottili separate da distanziatori metallici non magnetici. La struttura del sistema, e una precisa messa a punto delle proprietà di ogni strato e delle sue interfacce, crea insolite configurazioni magnetiche inclinate, dove il campo magnetico dei due strati forma angoli compresi tra zero e 90 gradi.

A differenza dei magneti multistrato standard, diventa più facile per questi campi magnetici formare configurazioni in senso orario che in senso antiorario, un'impronta digitale che esiste un'interazione di spin chirale interstrato tra i due strati magnetici. Questa rottura della simmetria rotazionale è stata osservata a temperatura ambiente e in condizioni ambientali standard. Di conseguenza, questo nuovo tipo di interazione magnetica interstrato apre prospettive entusiasmanti per realizzare configurazioni 3D magnetiche topologicamente complesse nelle tecnologie spintroniche.

La carta della squadra, intitolato "Interazioni intercalari Dzyaloshinskii-Moriya che rompono la simmetria negli antiferromagneti sintetici", è pubblicato in Materiali della natura .