I ricercatori della Delft University of Technology sono riusciti a manipolare in modo indipendente due diversi tipi di magnetismo all'interno di un singolo atomo. I risultati sono rilevanti per lo sviluppo di forme estremamente piccole di memorizzazione dei dati. In tempo, questa nuova scoperta potrebbe consentire di immagazzinare due bit di informazione in un atomo.

Il magnetismo di un atomo è il risultato di elettroni che orbitano attorno al nucleo dell'atomo. Queste rotazioni possono essere suddivise in due categorie. "Confrontalo con la Terra che orbita intorno al sole, " spiega il leader della ricerca Sander Otte. "Da un lato, la Terra orbita intorno al sole, che dura un anno. D'altra parte, anche la Terra ruota attorno al proprio asse, che porta al ciclo giorno/notte." È lo stesso con un elettrone che ruota attorno a un atomo:la rotazione attorno al nucleo dell'atomo è chiamata momento angolare orbitale e la rotazione dell'elettrone attorno al proprio asse è chiamata spin angolare slancio o, in breve, rotazione.

Direzione orbitale

Ciascuno di questi movimenti potrebbe, in linea di principio, essere utilizzato per memorizzare informazioni. La rotazione orbitale, ad esempio, può essere in senso orario o antiorario. Questi due sensi di rotazione possono quindi rappresentare lo 0 e l'1 di un bit. La rotazione ha anche due possibili sensi di rotazione. Quindi in teoria dovresti essere in grado di memorizzare due bit di informazioni in un singolo atomo. "In pratica, però, questo è abbastanza difficile, " Otte continua. "Se inverti la direzione orbitale, la direzione di rotazione cambia quasi sempre con esso e viceversa."

Lo studio di Delft, realizzato in collaborazione con ricercatori spagnoli e cileni, permette di invertire solo la direzione della direzione orbitale senza influenzare la direzione di spin. Il fatto che questo sia stato raggiunto è dovuto a un fenomeno una volta predetto da Einstein e dal fisico olandese Wander Johannes de Haas. Secondo questo effetto Einstein-de Haas, l'inversione della direzione orbitale può essere compensata anche da una rotazione incommensurabilmente piccola dell'ambiente, in questo caso il pezzo di metallo a cui appartiene l'atomo. Questo effetto non era stato precedentemente osservato sulla scala di un singolo atomo, figuriamoci che potrebbe essere applicato per manipolare il magnetismo atomico.

Separazione perfetta

I ricercatori hanno utilizzato una microscopia a scansione a effetto tunnel, in cui un ago molto affilato scansiona gli atomi e può persino spostarli a piacimento. Generalmente, un atomo magnetico entra in contatto con diversi atomi vicini, che interrompono il magnetismo. Otte e il suo team hanno ottenuto la perfetta separazione tra lo spin e la rotazione orbitale di cui avevano bisogno posizionando un atomo di ferro magnetico precisamente sopra un singolo, atomo di azoto non magnetico. Così facendo, hanno creato una geometria ideale che raramente si verifica spontaneamente in natura.

La capacità di immagazzinare bit in singoli atomi aumenterebbe l'attuale capacità di archiviazione massima di molte migliaia di volte. Però, Otte avverte che l'archiviazione dei dati atomici è ancora molto lontana. "Il risultato principale è che abbiamo fatto un altro passo avanti nella nostra capacità di controllare gli atomi e persino gli elettroni che orbitano attorno ad essi. Questo è un obiettivo meraviglioso in sé e per sé".