Quando si assottigliano i fili conduttori, la loro resistenza elettrica aumenta. Questa è la legge di Ohm, ed è generalmente corretta. Un'importante eccezione è a temperature molto basse, dove la mobilità degli elettroni aumenta quando i fili diventano così sottili da essere effettivamente bidimensionali. Ora, i fisici dell'Università di Groningen, insieme ai colleghi dell'Università di Brest, hanno osservato che qualcosa di simile accade con la conduttività dei magnon, onde di spin che viaggiano attraverso isolanti magnetici, proprio come un'onda attraverso uno stadio. L'aumento della conduttività è stato spettacolare e si è verificato a temperatura ambiente. Questa osservazione è stata pubblicata in Nature Materials il 22 settembre.

Gli elettroni hanno un momento magnetico, chiamato spin, che ha un valore di "su" o "giù". È possibile accumulare un tipo di rotazione inviando una corrente attraverso un metallo pesante, come il platino. Quando quegli spin trasportati dagli elettroni incontrano l'isolante magnetico YIG (ittrio ferro granato), gli elettroni non possono passare. Tuttavia, all'interfaccia con YIG, l'eccitazione dello spin viene trasmessa:i magnon (che possono anche portare lo spin) sono eccitati. Queste onde di spin passano attraverso l'isolatore magnetico come un'onda in uno stadio:nessuno degli elettroni (gli "spettatori") si sposta dal loro posto, ma comunque trasmettono l'eccitazione di spin. All'elettrodo del rivelatore avviene il processo inverso:i magnon fanno giri elettronici, che poi producono una tensione elettrica che può essere misurata, spiega Bart van Wees, professore di fisica applicata all'Università di Groningen e specialista in campi come la spintronica.

Motivato dall'aumento della mobilità degli elettroni nei materiali 2D, il suo gruppo ha deciso di testare il trasporto del magnon in film YIG ultrasottili (nanometri). "Questi film non sono materiali rigorosamente 2D, ma quando sono abbastanza sottili, i magnon possono muoversi solo in due dimensioni", spiega Van Wees. Le misurazioni, eseguite dal Ph.D. lo studente Xiangyang Wei, ha prodotto un risultato sorprendente:la conducibilità dello spin è aumentata di tre ordini di grandezza, rispetto al materiale sfuso YIG.

Effetti drammatici

Gli scienziati non usano termini come "gigante" alla leggera, ma in questo caso era pienamente giustificato, afferma Van Wees. "Abbiamo reso il materiale 100 volte più sottile e la conduttività del Magnon è aumentata 1.000 volte. E questo non è accaduto a basse temperature, come è richiesto per l'elevata mobilità degli elettroni nei conduttori 2D, ma a temperatura ambiente". Questo risultato è stato inaspettato e, finora, inspiegabile. Van Wees:"Nel nostro articolo diamo una spiegazione teorica provvisoria che si basa sulla transizione dal trasporto 3D al 2D Magnon. Ma questo non può spiegare completamente gli effetti drammatici che osserviamo".

Quindi cosa si potrebbe fare con questa gigantesca conduzione Magnon? "Non lo capiamo", dice Van Wees. "Pertanto, le nostre attuali affermazioni sono limitate. Ciò consente ricerche che potrebbero indicare la strada verso una fisica nuova ma sconosciuta. A lungo termine, questo potrebbe produrre anche nuovi dispositivi". Il primo autore Xiangyang Wei aggiunge:"Poiché non è coinvolto il trasporto di elettroni, le onde Magnon non producono dissipazione di calore convenzionale. E la produzione di calore è un grosso problema in dispositivi elettronici sempre più piccoli".

Superconduttività

E poiché i magnoni sono bosoni (cioè hanno valori quantici di spin interi), potrebbe essere possibile creare uno stato coerente paragonabile a un condensato di Bose-Einstein. Van Wees:"Questo potrebbe persino produrre una superconduttività di spin". Tutto questo è per il futuro. Per ora, la conduttanza gigante del Magnon in YIG è ben documentata. "Le misurazioni sono chiare. Non vediamo l'ora di una buona collaborazione di fisici teorici e sperimentatori". + Esplora ulteriormente

Pratico transistor a onda spin un passo più vicino