Un team di ricerca internazionale guidato da un fisico dell'Università della California, lungo il fiume, ha identificato un processo microscopico della dinamica di spin degli elettroni nelle nanoparticelle che potrebbe avere un impatto sulla progettazione di applicazioni in medicina, calcolo quantistico, e spintronica.

Le nanoparticelle e i nanodispositivi magnetici hanno diverse applicazioni in medicina, come la somministrazione di farmaci e la risonanza magnetica, e nella tecnologia dell'informazione. Il controllo della dinamica di spin, il movimento degli spin degli elettroni, è la chiave per migliorare le prestazioni di tali applicazioni basate sui nanomagneti.

"Questo lavoro fa progredire la nostra comprensione della dinamica di spin nei nanomagneti, " disse Igor Barsukov, un assistente professore presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia e autore principale dello studio che appare oggi in Progressi scientifici .

Spin di elettroni, che precedono come trottole, sono collegati tra loro. Quando un giro inizia a precedere, la precessione si propaga agli spin vicini, che mette in moto un'onda. Onde di rotazione, che sono quindi eccitazioni collettive di rotazioni, si comportano in modo diverso nei magneti su scala nanometrica rispetto ai magneti grandi o estesi. Nei nanomagneti, le onde di spin sono limitate dalla dimensione del magnete, tipicamente intorno ai 50 nanometri, e quindi presentare fenomeni insoliti.

In particolare, un'onda di spin può trasformarsi in un'altra attraverso un processo chiamato "scattering a tre magnon, " un magnon è un'unità quantistica di un'onda di spin. Nei nanomagneti, questo processo è risonantemente migliorato, il che significa che è amplificato per campi magnetici specifici.

In collaborazione con i ricercatori della UC Irvine e Western Digital di San Jose, così come colleghi teorici in Ucraina e Cile, Barsukov ha dimostrato come tre scattering Magnon, e quindi le dimensioni dei nanomagneti, determina come questi magneti rispondono alle correnti di spin. Questo sviluppo potrebbe portare a progressi che cambiano il paradigma.

"Spintronics sta aprendo la strada a una tecnologia dell'informazione più veloce ed efficiente dal punto di vista energetico, " ha detto Barsukov. "Per tale tecnologia, i nanomagneti sono gli elementi costitutivi, che devono essere controllati da correnti di spin."

Barsukov ha spiegato che, nonostante la sua importanza tecnologica, una comprensione fondamentale della dissipazione di energia nei nanomagneti è stata elusiva. Il lavoro del team di ricerca fornisce approfondimenti sui principi della dissipazione dell'energia nei nanomagneti e potrebbe consentire agli ingegneri che lavorano sulla spintronica e sulla tecnologia dell'informazione di costruire dispositivi migliori.

"I processi microscopici esplorati nel nostro studio possono anche essere significativi nel contesto del calcolo quantistico in cui i ricercatori stanno attualmente tentando di affrontare i singoli magnon, " Barsukov ha detto. "Il nostro lavoro può potenzialmente avere un impatto su più aree di ricerca".