Gran parte della "memoria" del mondo e tutte le nostre attività digitali si basano sui media, dischi rigidi, dove l'informazione è codificata grazie al magnetismo, orientando lo spin degli elettroni in una direzione o nell'altra.

Un team internazionale di scienziati guidati dal fisico italiano Stefano Bonetti, professore all'Università Ca' Foscari di Venezia e all'Università di Stoccolma, è riuscita per la prima volta ad osservare la 'nutazione' di questi spin in materiali magnetici, cioè le oscillazioni del loro asse durante la precessione. Il periodo di nutazione misurato era dell'ordine di un picosecondo:un millesimo di miliardesimo di secondo. La scoperta è stata pubblicata da Fisica della natura .

L'asse di uno spin esegue nutazione e precessione, come con qualsiasi oggetto che gira, dalle trottole ai pianeti. In questa ricerca, i fisici hanno osservato sperimentalmente che la nutazione dell'asse di spin magnetico è 1000 volte più veloce della precessione, un rapporto curiosamente simile a quello della Terra.

Questa nuova scoperta sulle caratteristiche fisiche finora sconosciute degli spin è fondamentale nella ricerca per rendere le tecnologie digitali sempre più veloci, compatto ed energeticamente efficiente. Per manipolare questi fenomeni su scale temporali di millesimi di miliardesimo di secondo, però, dobbiamo prima conoscere le loro dinamiche, compresa la dinamica inerziale.

"Questa è la prima prova diretta e sperimentale dei movimenti inerziali degli spin magnetici, " spiega Stefano Bonetti, che coordina un progetto ERC sul magnetismo ultraveloce, "con implicazioni che colpiscono, Per esempio, data center che memorizzano quasi tutte le informazioni digitali dell'umanità in bit con il polo nord in alto o in basso, codificando così gli 0 e gli 1 del computer. Quando questi giri vengono invertiti per scrivere informazioni, entrano in gioco anche precessione e nutazione. Conoscere il periodo di nutazione diventa fondamentale all'aumentare della velocità di rotazione. Questa prima osservazione di questi movimenti apre la strada a nuove tecnologie per migliorare l'efficienza delle nostre attività digitali, quale, tra tutte le attività umane, stanno registrando il più alto aumento dei consumi energetici".

L'esperimento

L'esperimento ha richiesto la collaborazione con diversi laboratori scientifici europei in Germania (Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Università di tecnologia di Chemnitz, Università di Duisburg-Essen, Centro aerospaziale tedesco (DLR), TU Berlin) Francia (École Polytechnique) e Italia (Università Federico II di Napoli e Università 'Parthenope' di Napoli), con la misurazione chiave effettuata nel Centro di ricerca Helmholtz di Dresda-Rossendorf, Tedesco. In questo centro, il laboratorio TELBE è in grado di generare l'intensa radiazione terahertz (ovvero l'intervallo di frequenza tra microonde e infrarossi) necessaria per l'esperimento. Il gruppo guidato da Stefano Bonetti è stato tra i primi ad utilizzare questo laboratorio e ha contribuito allo sviluppo della macchina vera e propria.

"I primi esperimenti sono stati impegnativi, "dice il fisico di Ca' Foscari, "ma, dopo un paio d'anni, la macchina funzionava già a prestazioni molto elevate. Queste misurazioni sono state effettuate nell'arco di un anno, in tre diverse occasioni, per verificare la riproducibilità di questo effetto mai osservato prima."

Le attività di Stefano Bonetti si inseriscono in un più ampio contesto di investimento dell'ateneo veneto nella ricerca scientifica e nella didattica del Dipartimento di Scienze Molecolari e Nanosistemi. A partire da questo anno accademico, questo dipartimento sta lanciando un corso di laurea in Ingegneria Fisica, coordinato da Bonetti, lui stesso un ingegnere fisico, "La scienza è in continua evoluzione, e chissà cosa esploreremo tra dieci anni, ma l'idea del nuovo corso di laurea è proprio quella di preparare una nuova generazione di scienziati che sarà pronta per le sfide del futuro".