L'antiferromagnetismo è un tipo di magnetismo in cui gli spin paralleli ma opposti si verificano spontaneamente all'interno di un materiale. Antiferromagneti, materiali che mostrano antiferromagnetismo, hanno caratteristiche vantaggiose che li rendono particolarmente promettenti per la fabbricazione di dispositivi spintronici.

A differenza dei dispositivi elettronici convenzionali, che utilizzano la carica elettrica degli elettroni per codificare informazioni, la spintronica elabora le informazioni sfruttando il momento angolare intrinseco degli elettroni, una proprietà nota come "spin". A causa della loro natura ultraveloce, la loro insensibilità ai campi magnetici esterni e la loro mancanza di campi magnetici vaganti, gli antiferromagneti potrebbero essere particolarmente desiderabili per lo sviluppo di dispositivi spintronici.

Nonostante i loro vantaggi e la loro capacità di memorizzare informazioni, la maggior parte degli antiferromagneti semplici ha segnali di magnetoresistenza di lettura deboli. Inoltre, finora i fisici non sono stati in grado di modificare l'ordine magnetico degli antiferromagneti utilizzando tecniche ottiche, che alla fine potrebbe consentire agli ingegneri dei dispositivi di sfruttare la natura ultraveloce di questi materiali.

Ricercatori dell'Accademia ceca delle scienze, L'Università Carlo di Praga e altre università in Europa hanno recentemente introdotto un metodo per ottenere l'estinzione di antiferromagneti in stati ad alta resistività applicando impulsi elettrici o ottici ultracorti. Questa strategia, introdotto in un articolo pubblicato in Elettronica della natura , potrebbe aprire nuove interessanti possibilità per lo sviluppo di dispositivi spintronici basati su antiferromagneti.

"La nostra motivazione originale era quella di affrontare una sfida importante nel campo della spintronica, per cui la soluzione sembra fuori portata dei ferromagneti convenzionalmente utilizzati; vale a dire, la mancanza di un meccanismo di commutazione universale per ottenere la commutazione tramite impulsi elettrici e ottici nello stesso dispositivo, "Tomas Jungwirth, uno dei ricercatori che ha condotto lo studio, ha detto a Phys.org. "I nostri dispositivi antiferromagnetici consentono questo, e ora possiamo utilizzare la lunghezza dell'impulso da scale macroscopiche di millisecondi fino a un singolo impulso laser a femtosecondi".

Nel loro recente studio, Jungwirth ei suoi colleghi sono stati in grado di superare un'ulteriore sfida nel campo della spintronica. Nello specifico, sono stati in grado di ottenere segnali di lettura delle ampiezze di magnetoresistenza gigante in semplici pellicole magnetiche, senza la necessità di assemblare complesse strutture multistrato magnetiche. I ricercatori hanno ottenuto questo risultato utilizzando pellicole antiferromagnetiche CuMnAs.

Sorprendentemente, sono stati in grado di fabbricare dispositivi spintronici con reversibilità, capacità di commutazione riproducibili e dipendenti dal tempo. Questa capacità di commutare i magneti consente ai loro dispositivi di imitare i componenti delle reti neurali spiking (SNN), reti neurali artificiali che imitano le reti neurali biologiche nel cervello. Questa caratteristica del design introdotta da Jungwirth e dai suoi colleghi non è mai stata realizzata utilizzando metodi convenzionali che commutano i magneti riorientando il vettore di magnetizzazione da una direzione all'altra sull'intera parte attiva dei dispositivi.

"Il nostro meccanismo di commutazione è fondamentalmente distinto:gli impulsi di spegnimento erogati controllano il livello di frammentazione del dominio magnetico nel dispositivo fino a una scala nanometrica, senza necessariamente cambiare la direzione media del vettore di ordine magnetico, " ha spiegato Jungwirth. "In modo straordinario per noi, questo può essere fatto in modo del tutto reversibile e riproducibile, come abbiamo dimostrato nel giornale".

Nel futuro, il nuovo design introdotto da Jungwirth e dai suoi colleghi potrebbe consentire lo sviluppo di dispositivi spintronici nuovi e più performanti. Nei loro studi successivi, i ricercatori intendono studiare il potenziale del loro design per applicazioni di calcolo neuromorfico. In altre parole, hanno in programma di esplorare la possibilità di utilizzare i dispositivi che hanno creato per imitare alcune delle funzionalità sinaptiche e neuronali dei SNN.

"A livello scientifico, ora miriamo a investigare e spiegare i fondamenti fisici del nostro nuovo meccanismo di commutazione per mezzo di microscopie ad alta risoluzione spaziale e temporale spinte ai limiti atomici e dei femtosecondi, " ha detto Jungwirth. "Questo ci aiuterà a ottimizzare i parametri dei materiali antiferromagnetici attualmente utilizzati o a identificare nuovi candidati materiali idonei".

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