I ricercatori hanno misurato per la prima volta una proprietà fondamentale dei magneti chiamata polarizzazione magnon e, nel processo, stanno compiendo progressi verso la costruzione di dispositivi a basso consumo energetico.

L'esistenza della polarizzazione Magnon è stata un'idea teorica in fisica per quasi 100 anni, ma nessuno ha dimostrato la sua esistenza.

Gli scienziati dell'Università di Leeds e dell'Università di Tohoku in Giappone hanno cercato di dimostrare che esiste misurandolo. I loro risultati sono stati appena pubblicati sulla rivista Lettere di revisione fisica .

I Magnon sono quasi-particelle all'interno di materiali magnetici che sono in un continuo processo di creazione e distruzione. Sono polarizzati il ​​che permette quindi di distinguerli in orario o antiorario (polarizzazione circolare), su o giù e sinistra o destra (polarizzazione lineare).

C'è un intenso interesse per le proprietà di polarizzazione dei magnon perché i fisici ritengono che potrebbe essere sfruttato per trasportare informazioni in dispositivi elettrici a bassa energia, un campo di studio chiamato spintronica.

Gli scienziati miravano a misurare la polarizzazione magnon in uno dei magneti più frequentemente utilizzati nella ricerca spintronica, il granato di ferro ittrio composto. In molti magneti, esistono solo magnon antiorario. Ma in granato di ferro ittrio, sono stati previsti magnon polarizzati sia in senso antiorario che orario, rendendolo un materiale particolarmente interessante da misurare.

Il team ha deciso di effettuare questa misurazione utilizzando lo scattering di neutroni polarizzati. Ciò comporta la preparazione di neutroni in uno specifico stato di spin quantistico ("su" o "giù") e spararli a un magnete in un raggio focalizzato.

Nell'esperimento, la maggior parte dei neutroni è passata direttamente attraverso il magnete, non interagiscono affatto, rendendo le misurazioni particolarmente difficili. Ma, un piccolo numero di neutroni è entrato in collisione con i magnoni e si è diffuso fuori dal magnete in tutte le direzioni. Un rivelatore ha misurato i neutroni mentre volavano fuori dal campione. Analizzando la posizione, energia e stato di spin finale dei neutroni, le proprietà magnon sono state rivelate.

Fondamentale in questo lavoro, confrontando lo stato di spin dei neutroni prima e dopo lo scattering, è stata determinata la polarizzazione oraria o antioraria dei magnon.

Dott. Giuseppe Barker, dalla Scuola di Fisica e Astronomia di Leeds, ha detto:"In fisica, le teorie rimangono come previsioni fino a quando le misurazioni sperimentali non confermano se sono corrette o meno. Un famoso esempio è la ricerca del bosone di Higgs, ma ci sono molte teorie non testate nelle scienze.

"La polarizzazione Magnon è recentemente diventata un argomento importante nella spintronica, quindi è stato il momento perfetto per provare a misurarla e verificare che esista".

Il Dr. Barker ha aggiunto:"Gli esperimenti e le analisi sono stati difficili e complessi. Infatti, ci sono voluti due tentativi, una volta negli Stati Uniti e poi in Francia, perfezionare il metodo sperimentale.

"Abbiamo anche dovuto creare un modello computerizzato preciso per assicurarci di aver capito correttamente ciò che stavamo vedendo, perché le misurazioni della diffusione dei neutroni provengono da una serie di processi fisici che non possono essere districati in singole parti".

I ricercatori possono ora concentrare i loro studi su come sfruttare la polarizzazione dei magnon per realizzare nuovi tipi di dispositivi spintronici per la tecnologia a bassa energia.

La ricerca è stata finanziata dalla Royal Society, Japan Society for the Promotion of Science Grant-in-Aid for Scientific Research, JST ERATO, Programma GP-Spin dell'Università di Tohoku, Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti e Programma di cooperazione USA-Giappone sullo scattering di neutroni.