Caricabatterie per telefoni cellulari e altri dispositivi potrebbero diventare molto più piccoli dopo che un team di fisici composto esclusivamente da RIKEN ha ridotto con successo un componente elettrico noto come induttore a dimensioni su microscala utilizzando un effetto quantistico.

Gli induttori sono un componente fondamentale dei moderni circuiti elettrici, e sono utilizzati in un'ampia gamma di applicazioni, tra cui l'elaborazione delle informazioni, circuiti wireless e caricabatterie per dispositivi mobili. Si basano sulla legge di induzione che il fisico inglese Michael Faraday scoprì nel 1831. Ma mentre da allora la fisica ha fatto grandi passi avanti, i principi fondamentali degli induttori rimangono essenzialmente gli stessi:sono fondamentalmente bobine di filo.

A differenza di altri componenti del circuito elettrico, gli induttori sono stati difficili da miniaturizzare perché la dimensione della loro induttanza diminuisce con il loro volume, tale che se dimezzi il loro volume, anche l'induttanza si dimezza.

Ora, Yoshinori Tokura, Tomoyuki Yokouchi e i loro collaboratori, tutto al RIKEN Center for Emergent Matter Science, hanno generato un'induttanza equivalente a quella degli induttori commerciali ma in un componente il cui volume è circa un milione di volte più piccolo.

Hanno raggiunto questo obiettivo utilizzando un nuovo meccanismo per generare l'induttanza che dipende dagli effetti quantistici. Gli induttori basati su questo meccanismo saranno facili da ridurre poiché la loro induttanza aumenta effettivamente con la diminuzione dell'area della sezione trasversale.

"Abbiamo scoperto un'induttanza elettromagnetica di origine quantomeccanica, " dice Yokouchi. "Questo ha un grande potenziale per la miniaturizzazione degli induttori, una delle parti più fondamentali nei circuiti elettrici contemporanei."

Uno degli autori, Naoto Nagaosa, aveva precedentemente proposto teoricamente un meccanismo totalmente nuovo per l'induzione elettromagnetica basato sull'elettromagnetismo emergente, una nuova forma di elettromagnetismo che nasce dalle proprietà quantomeccaniche degli elettroni di conduzione in sistemi appositamente progettati. In questo studio, il team ha realizzato questo effetto utilizzando un magnete su scala micrometrica. Gli spin degli elettroni che danno origine al magnetismo sono disposti in una disposizione a spirale, imitando le bobine di un induttore convenzionale.

Yokouchi osserva che il successo dello studio è dipeso dall'ambiente collaborativo di RIKEN. "Una forte collaborazione tra teorici e sperimentali è stata essenziale per questo progetto, "dice. In particolare, gli sperimentali hanno molta esperienza nella fabbricazione di materiali quantistici avanzati.

L'induttore su nanoscala del team funziona solo a temperature molto basse, quindi ora stanno cercando materiali che si comportino allo stesso modo alle alte temperature. "Per le applicazioni reali, dobbiamo trovare un materiale che generi un'induttanza emergente a temperatura ambiente e superiore, " dice Yokouchi. "Abbiamo già iniziato a cercare i materiali potenziali."