Sia con gli smartphone, computer portatili, o mainframe:la trasmissione, in lavorazione, e l'archiviazione delle informazioni è attualmente basata su un'unica classe di materiale, come avveniva agli albori dell'informatica circa 60 anni fa. Una nuova classe di materiali magnetici, però, potrebbe portare la tecnologia dell'informazione a un nuovo livello. Gli isolanti antiferromagnetici consentono velocità di calcolo mille volte superiori rispetto all'elettronica convenzionale, con un riscaldamento decisamente inferiore. I componenti potrebbero essere imballati più vicini e i moduli logici potrebbero quindi diventare più piccoli, che è stato finora limitato a causa dell'aumento del riscaldamento dei componenti attuali.

Trasferimento di informazioni a temperatura ambiente

Finora, il problema è stato che il trasferimento delle informazioni negli isolanti antiferromagnetici funzionava solo a basse temperature. Ma chi vuole mettere i propri smartphone nel congelatore per poterlo utilizzare? I fisici della Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) sono stati ora in grado di eliminare questa lacuna, insieme a sperimentatori del laboratorio CNRS/Thales, il CEA Grenoble, e il National High Field Laboratory in Francia, nonché i teorici del Center for Quantum Spintronics (QuSpin) presso l'Università norvegese di scienza e tecnologia. "Siamo stati in grado di trasmettere ed elaborare le informazioni in un isolante antiferromagnetico standard a temperatura ambiente, e di farlo su distanze abbastanza lunghe da consentire l'elaborazione delle informazioni", ha detto lo scienziato della JGU Andrew Ross. I ricercatori hanno utilizzato l'ossido di ferro (α-Fe ₂ oh ₃ ), il componente principale della ruggine, come isolante antiferromagnetico, perché l'ossido di ferro è molto diffuso e facile da produrre.

Il trasferimento di informazioni negli isolanti magnetici è reso possibile da eccitazioni di ordine magnetico note come magnon. Questi si muovono come onde attraverso materiali magnetici, simile a come le onde si muovono sulla superficie dell'acqua di uno stagno dopo che un sasso vi è stato lanciato. In precedenza, si riteneva che queste onde dovessero avere una polarizzazione circolare per trasmettere in modo efficiente le informazioni. Nell'ossido di ferro, tale polarizzazione circolare si verifica solo a basse temperature. Però, il team di ricerca internazionale è stato in grado di trasmettere magnon su distanze eccezionalmente lunghe anche a temperatura ambiente. Ma come funzionava?

"Ci siamo resi conto che negli antiferromagneti con un solo piano, due magnon con polarizzazione lineare possono sovrapporsi e migrare insieme. Si completano a vicenda per formare una polarizzazione approssimativamente circolare, " ha spiegato il dottor Romain Lebrun, ricercatore presso il laboratorio congiunto CNRS/Thales di Parigi che in precedenza ha lavorato a Magonza. "La possibilità di utilizzare l'ossido di ferro a temperatura ambiente lo rende un parco giochi ideale per lo sviluppo di dispositivi spintronici ultraveloci basati su isolanti antiferromagnetici".

L'attenuazione estremamente bassa consente una trasmissione efficiente dal punto di vista energetico

Una domanda importante nel processo di trasferimento delle informazioni è la velocità con cui le informazioni vengono perse quando si spostano attraverso materiali magnetici. Questo può essere registrato quantitativamente con il valore dello smorzamento magnetico. "L'ossido di ferro esaminato ha una delle attenuazioni magnetiche più basse che siano mai state riportate nei materiali magnetici, " ha spiegato il professor Mathias Kläui del JGU Institute of Physics. "Prevediamo che le tecniche ad alto campo magnetico mostreranno che altri materiali antiferromagnetici hanno un'attenuazione altrettanto bassa, fondamentale per lo sviluppo di una nuova generazione di dispositivi spintronici. Stiamo perseguendo tecnologie magnetiche così a bassa potenza in una collaborazione a lungo termine con i nostri colleghi di QuSpin in Norvegia e sono felice di vedere che un altro pezzo di lavoro entusiasmante è venuto fuori da questa collaborazione".

La ricerca è stata pubblicata di recente in Comunicazioni sulla natura .