Un team internazionale guidato da ricercatori della Delft University of Technology (TU Delft) è riuscito a manipolare lo stato magnetico di un materiale magnetico scuotendolo otticamente. L'intero processo avviene in un lasso di tempo estremamente breve, inferiore a pochi picosecondi. In tempi di stallo le tendenze di efficienza della tecnologia attuale, tale controllo ultraveloce del magnetismo guidato dall'atomo apre ampie nuove prospettive per la tecnologia dell'informazione. I risultati, che sono stati pubblicati in Materiali della natura , potrebbe eventualmente portare a tecnologie di elaborazione dei dati veloci ed efficienti dal punto di vista energetico, che sono essenziali per tenere il passo con la nostra fame di dati.

Secondo Dick Tracy, famoso eroe dei fumetti che ha fatto il suo debutto nel 1931, la nazione che controlla il magnetismo controllerà l'universo. Si può obiettare che, oggi, questa idea suona molto più credibile di quanto non fosse allora. I materiali magnetici sono molto usati nella vita moderna, con applicazioni che vanno dai magneti per il frigo ai data center di Big Tech, che li utilizzano per memorizzare informazioni.

Reticolo cristallino e magnetismo

La nostra domanda sempre crescente di elaborazione dei dati richiede nuovi metodi per manipolare e controllare lo stato dei materiali magnetici in tempi brevi. Questi materiali ospitano trilioni di momenti magnetici elementari reciprocamente allineati, chiamati giri, la cui disposizione è determinata principalmente dalla disposizione degli atomi nel reticolo cristallino. Perciò, la via più naturale verso il controllo dello stato magnetico è cambiare la configurazione del cristallo.

Normalmente è richiesta un'elevata pressione meccanica per avere un impatto sufficiente sulle proprietà magnetiche, che può essere ottenuto attraverso l'uso di una grande pressa idraulica. Però, applicare uno sforzo meccanico è intrinsecamente un processo molto lento. Un team internazionale di scienziati di Delft, Nimega, Lancaster, Liegi e Kiev hanno ora proposto e realizzato sperimentalmente un'elegante soluzione a questo problema. Usando la luce per scuotere otticamente un magnete stimolando in modo risonante specifiche vibrazioni atomiche del reticolo, sono riusciti a cambiarne lo stato magnetico.

Una visione artistica del nuovo ordine magnetico che emerge dopo aver agitato otticamente gli atomi. Gli atomi e gli spin blu e rossi ben ordinati rappresentano il nuovo ordine magnetico.

Scuotere con la luce

"Scuotiamo otticamente il reticolo di un ortoferrite di disprosio antiferromagneto, un magnete costituito da piccoli momenti magnetici alternati su e giù e quindi non ha una magnetizzazione netta, a differenza dei familiari magneti da frigo, ", afferma Dmytro Afanasiev, ricercatore post-dottorato della TU Delft. Dopo aver agitato il cristallo per un brevissimo periodo di tempo, i ricercatori hanno misurato come si sono evolute le proprietà magnetiche. Hanno scoperto che il sistema magnetico dell'antiferromagnete cambia in seguito allo scuotimento, tale che appare una magnetizzazione netta:per una frazione di tempo, il materiale diventa simile a una calamita da frigo di tutti i giorni.

È importante sottolineare che tutto questo avviene in un lasso di tempo senza precedenti, inferiore a pochi picosecondi (milionesimo di milionesimo di secondo). Questo non è solo ordini di grandezza più breve del tempo di registrazione nei moderni dischi rigidi dei computer, ma si avvicina al limite fondamentale per il processo di commutazione. Ciò significa che i bit magnetici nei futuri dischi rigidi potrebbero essere scritti molto rapidamente con questo nuovo metodo.

Afanasiev sottolinea la necessità di esplorare ulteriormente questa direzione di ricerca:"Questi risultati stimoleranno ulteriori ricerche nell'esplorazione e nella comprensione degli esatti meccanismi che governano il controllo del reticolo ultraveloce dello stato magnetico". Andrea Caviglia, professore associato e leader del gruppo di ricerca presso TU Delft, aggiunge:"Comprendere questo tipo di scienza non ci permetterà di controllare l'intero universo, come credeva Dick Tracy. Ma potrebbe permetterci di controllarne un angolo importante e tecnologicamente influente".