I ricercatori di tutto il mondo sono costantemente alla ricerca di modi per migliorare o trascendere le capacità dei dispositivi elettronici, che sembrano raggiungere i loro limiti teorici. indubbiamente, uno dei vantaggi più importanti della tecnologia elettronica è la sua velocità, quale, anche se alto, possono ancora essere superati di ordini di grandezza attraverso altri approcci che non sono ancora disponibili in commercio.

Un possibile modo per superare l'elettronica tradizionale è attraverso l'uso di materiali antiferromagnetici (AFM). Gli elettroni dei materiali AFM si allineano spontaneamente in modo tale che la magnetizzazione complessiva del materiale sia praticamente nulla. Infatti, l'ordine di un materiale AFM può essere quantificato nel cosiddetto "parametro d'ordine". Studi recenti hanno persino dimostrato che il parametro dell'ordine AFM può essere "commutato" (cioè, cambiato da un valore noto a un altro, molto veloce) utilizzando correnti luminose o elettriche, il che significa che i materiali AFM potrebbero diventare gli elementi costitutivi dei futuri dispositivi elettronici.

Però, le dinamiche del processo di commutazione degli ordini non sono comprese perché è molto difficile misurare le variazioni del parametro d'ordine AFM in tempo reale con alta risoluzione. Gli approcci attuali si basano sulla misurazione solo di determinati fenomeni durante la commutazione dell'ordine AFM e sul tentativo di ottenere il quadro completo da lì, che si è rivelato inaffidabile per comprendere in dettaglio altri fenomeni più intricati. Perciò, un team di ricerca guidato dal Prof. Takuya Satoh di Tokyo Tech e ricercatori dell'ETH di Zurigo, sviluppato un metodo per misurare accuratamente i cambiamenti nell'ordine AFM di un YMnO ₃ cristallo indotto tramite eccitazione ottica (cioè, utilizzando un laser).

Il problema principale affrontato dai ricercatori era la presunta "impossibilità pratica" di discernere tra la dinamica degli elettroni e i cambiamenti nell'ordine AFM in tempo reale, che sono entrambi indotti simultaneamente quando il materiale è eccitato per provocare la commutazione dei parametri di ordine e quando si effettuano misurazioni. Hanno impiegato un metodo di misurazione basato sulla luce chiamato "generazione di seconda armonica, ' il cui valore di output è direttamente correlato al parametro dell'ordine AFM, e lo ha combinato con le misurazioni di un altro fenomeno basato sulla luce chiamato effetto Faraday. Questo effetto si verifica quando un certo tipo di luce o laser viene irradiato su materiali magneticamente ordinati; nel caso di YMnO ₃ , questo effetto altera il suo parametro d'ordine AFM in modo prevedibile e ben compreso. Questa è stata la chiave del loro approccio in modo che potessero separare l'origine e la natura di più fenomeni quantistici simultanei che hanno influenzato le misurazioni di entrambi i metodi in modo diverso.

Combinando questi due diversi metodi di misurazione, i ricercatori sono riusciti a caratterizzare completamente i cambiamenti nel parametro dell'ordine AFM in tempo reale con una risoluzione ultraveloce. "L'approccio generale proposto ci consente di accedere alle dinamiche dei parametri d'ordine su scale temporali inferiori a un trilionesimo di secondo, " afferma il Prof. Satoh. L'approccio presentato è fondamentale per comprendere meglio il funzionamento interno dei materiali antiferromagnetici. "Il monitoraggio preciso e approfondito delle variazioni del parametro d'ordine è indispensabile per comprendere le complesse dinamiche che si verificano durante la commutazione ultraveloce e altri fenomeni correlati all'AFM , " spiega il prof. Satoh. Lo strumento fornito dai ricercatori dovrebbe ora essere sfruttato per svolgere ulteriori ricerche e, si spera, portare allo sviluppo di dispositivi elettronici rivoluzionari con velocità senza precedenti.