Gli oscillatori di coppia di spin (STO) sono dispositivi su scala nanometrica che generano microonde utilizzando cambiamenti nella direzione del campo magnetico, ma quelli prodotti da ogni singolo dispositivo sono troppo deboli per applicazioni pratiche. I fisici hanno tentato e, ad oggi, costantemente fallito:produrre campi a microonde affidabili accoppiando grandi insiemi. Michael Zaks dell'Università Humboldt di Berlino e Arkady Pikovsky dell'Università di Potsdam in Germania hanno ora dimostrato perché il collegamento di questi dispositivi in ​​serie non può avere successo, e, allo stesso tempo, suggerito altri percorsi da esplorare. Il loro lavoro è stato recentemente pubblicato su The European Physical Journal B .

La fisica dietro le oscillazioni della coppia di spin è la stessa di quella dietro il disco rigido del computer su cui molto probabilmente stai leggendo questo testo. È un effetto quantomeccanico noto come "magnetoresistenza gigante", in cui la variazione del campo magnetico esterno attorno ad una pila di strati di metalli ferromagnetici e non magnetici alternati dà luogo a sostanziali variazioni di resistenza elettrica.

Se la forza elettrica prodotta è abbastanza forte e gli strati magnetici sono liberi di ruotare, si verifica un'oscillazione magnetica e vengono generate microonde; questo è l'effetto STO. Però, solo le oscillazioni sincronizzate di grandi insiemi di oscillatori possono produrre microonde sufficientemente potenti da essere utili. Il lavoro di Zaks e Pikovsky illustra perché si è rivelato così difficile sincronizzarli.

Fare così, i fisici hanno simulato il moto di un insieme di STO accoppiati in serie utilizzando le equazioni della dinamica non lineare. La loro analisi ha rivelato che gli insiemi erano sempre troppo instabili perché le oscillazioni rimanessero coerenti. In particolare, hanno scoperto che le fluttuazioni casuali della corrente elettrica che colpiscono tutti gli oscillatori contemporaneamente - il cosiddetto "rumore comune" - non stabilizzano le oscillazioni, come qualcuno aveva predetto. Anziché, in alcuni casi, fluttuazioni sufficientemente forti sono state in grado di sopprimere del tutto le oscillazioni.

Zaks e Pikovsky hanno soprannominato questo fenomeno appena scoperto "morte per oscillazione indotta dal rumore". Armato di nuove conoscenze teoriche su questo sistema, stanno ora studiando altri metodi per accoppiare queste macchine su nanoscala per produrre microonde robuste su macroscala.