Più piccoli, Più veloce, più efficiente dal punto di vista energetico:questo è l'obiettivo per il quale gli sviluppatori di dispositivi elettronici lavorano da anni. Per poter miniaturizzare singoli componenti di telefoni cellulari o computer, ad esempio, le onde magnetiche sono attualmente considerate alternative promettenti al funzionamento della trasmissione dati convenzionale mediante correnti elettriche. Il motivo:man mano che i chip diventano sempre più piccoli, la trasmissione di dati elettrici ad un certo punto raggiunge i suoi limiti, perché gli elettroni che sono molto vicini tra loro emettono molto calore, il che può portare a un'interruzione dei processi fisici.

Onde magnetiche ad alta frequenza, al contrario, possono propagarsi anche nelle nanostrutture più piccole e quindi trasmettere ed elaborare informazioni. La base fisica per questo è il cosiddetto spin degli elettroni nel materiale magnetico, che può essere semplificato come una rotazione dell'elettrone attorno al proprio asse. Però, le onde di spin nella microelettronica sono state finora di uso limitato, a causa del cosiddetto smorzamento, che agisce sulle onde di spin e le indebolisce.

I fisici dell'Università di Münster (Germania) hanno ora sviluppato un nuovo approccio che elimina lo smorzamento indesiderato e semplifica l'uso delle onde di spin. "I nostri risultati mostrano un nuovo modo per l'applicazione di componenti spin-driven efficienti, " dice il dottor Vladislav Demidov, il responsabile dello studio (Istituto di Fisica Applicata, Gruppo di ricerca Demokritov). Il nuovo approccio potrebbe essere rilevante per i futuri sviluppi della microelettronica, ma anche per ulteriori ricerche sulle tecnologie quantistiche e sui nuovi processi informatici. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Comunicazioni sulla natura .

Contesto e metodo:

Magnonica è il nome del campo di ricerca in cui gli scienziati studiano gli spin degli elettroni e le loro onde nei materiali magnetici. Il termine deriva dalle particelle di magnetismo, che si chiamano magnon, corrispondente alle onde di spin.

Il modo migliore per compensare elettronicamente il fastidioso smorzamento delle onde di spin è il cosiddetto effetto spin Hall, che è stato scoperto qualche anno fa. Gli elettroni in una corrente di spin vengono deviati lateralmente a seconda dell'orientamento del loro spin, che rende possibile generare e controllare in modo efficiente le onde di spin nei nano-dispositivi magnetici. Però, i cosiddetti effetti non lineari nelle oscillazioni portano all'effetto Hall di spin che non funziona correttamente nelle applicazioni pratiche, una delle ragioni per cui gli scienziati non sono ancora stati in grado di realizzare onde di spin prive di smorzamento.

Nel loro esperimento, gli scienziati hanno posizionato dischi magnetici fatti di permalloy o cobalto e nichel, spessore di pochi nanometri, su un sottile strato di platino. Le cosiddette anisotropie magnetiche agivano sulle interfacce dei diversi materiali, il che significa che la magnetizzazione è avvenuta in una data direzione. Bilanciando le anisotropie dei diversi strati, i ricercatori sono stati in grado di sopprimere in modo efficiente lo smorzamento non lineare sfavorevole e quindi ottenere onde di spin coerenti, ad es. onde la cui frequenza e forma d'onda sono le stesse e che quindi hanno una differenza di fase fissa. Ciò ha permesso agli scienziati di ottenere una completa compensazione dello smorzamento nel sistema magnetico, permettendo alle onde di propagarsi spazialmente.

Gli scienziati si aspettano che il loro nuovo approccio avrà un impatto significativo sui futuri sviluppi della magnonica e della spintronica. "I nostri risultati aprono una strada per l'implementazione di oscillatori di spin Hall in grado di generare segnali a microonde con livelli di potenza e coerenza tecnologicamente rilevanti, " sottolinea Boris Divinskiy, un dottorato di ricerca studente presso l'Institute for Nonlinear Magnetic Dynamics dell'Università di Münster e primo autore dello studio.