In tutto il mondo si stanno compiendo enormi sforzi in un campo tecnologico che potrebbe superare di gran lunga le capacità dell'elettronica convenzionale:la Spintronica. Invece di operare in base al movimento collettivo di particelle cariche (elettroni), dispositivi spintronici potrebbero eseguire l'archiviazione della memoria e la trasmissione dei dati manipolando spin, una proprietà intrinseca delle particelle elementari legata al momento angolare e da cui derivano molte caratteristiche magnetiche nei materiali. Sfortunatamente, controllare lo spin ha dimostrato di essere uno sforzo impegnativo, portando fisici e ingegneri a cercare materiali e tecniche efficienti per farlo.

A questo proposito, i materiali antiferromagnetici (AFM) sono buoni candidati per la spintronica perché sono resistenti ai campi magnetici esterni e consentono di cambiare i valori di spin in scale temporali di picosecondi. Una strategia promettente per manipolare l'orientamento dello spin negli AFM è utilizzare un laser ottico per creare impulsi di campo magnetico di durata estremamente breve, un fenomeno noto come effetto Faraday inverso (IFE). Sebbene l'IFE negli AFM generi due tipi molto distinti di coppia (forza di rotazione) sulla loro magnetizzazione, ora sembra che il più importante dei due sia stato in qualche modo trascurato nella ricerca.

In un recente studio pubblicato su Comunicazioni sulla natura , un trio di scienziati, tra cui il professor Takuya Satoh della Tokyo Tech, Giappone, approfondito questo problema. La dinamica di spin negli AFM è descritta dalla somma di due termini:coppia simile al campo e coppia simile allo smorzamento. Quest'ultimo, come implica la parola "smorzamento", è legato al graduale decadimento (o estinzione) delle oscillazioni di spin innescate dagli impulsi ottici sul materiale.

Fino ad ora, gli scienziati hanno studiato la coppia di smorzamento solo dal punto di vista del rilassamento dello spin dopo l'eccitazione, credendo che la sua ampiezza sia piccola durante il processo di eccitazione dello spin ultracorto. In questo studio, però, Il professor Satoh e colleghi hanno scoperto che era, in alcuni casi, l'attore principale in termini di riorientamento dello spin dovuto all'IFE. Attraverso analisi teoriche e verifiche sperimentali sia in YMnO3 che in HoMnO3, hanno chiarito le condizioni in cui l'effetto di smorzamento diventa il meccanismo di eccitazione di spin dominante.

Un'interpretazione semplificata dei risultati può essere la seguente. Immagina un pendolo sospeso (direzione di magnetizzazione) che oscilla in ampi archi, disegnando un'ellisse molto pronunciata. La coppia di smorzamento produce una grande perturbazione istantanea nella direzione del piccolo diametro, 'ribaltandolo' e facendolo inclinare come una trottola che sta per cadere. "L'altrimenti piccola magnetizzazione correlata allo smorzamento provoca un grande spin canting a causa dell'estrema ellitticità inerente agli AFM, " spiega il prof Satoh. "Considerando che è possibile regolare la forza dello smorzamento selezionando strategicamente gli ioni nell'AFM, potremmo aver trovato un modo per mettere a punto le proprietà dei materiali per specifiche applicazioni spintroniche, " Aggiunge.

Il trio di scienziati ha anche testato come le dinamiche di spin sono influenzate dalla temperatura, che influenza e persino distrugge l'ordine antiferromagnetico oltre determinate soglie. Avvicinando i materiali ai punti critici di transizione, sono riusciti a produrre un effetto più pronunciato dalla coppia di smorzamento. Entusiasta dei risultati, Il professor Satoh osserva:"I nostri risultati indicano che le coppie generate otticamente potrebbero fornire lo strumento a lungo ricercato che consente la realizzazione efficiente della commutazione di spin ultraveloce negli AFM".

Sebbene sarà certamente necessaria molta più ricerca prima che la spintronica applicata diventi una realtà, scoprire meccanismi efficienti per la manipolazione dello spin è ovviamente tra i primi passi. Questo studio dimostra che tali meccanismi potrebbero essere nascosti in fenomeni che conosciamo e trascuriamo!