(A sinistra) Un'immagine al microscopio elettronico a trasmissione in sezione trasversale del materiale di ricerca su uno strato di tungsteno (W) e ossido di magnesio (MgO). (Destra) Una vista dall'alto del materiale con un'immagine inserita che mostra atomi di manganese in rosso e atomi di stagno in azzurro. Credito:Nakatsuji et al.
Computer e smartphone hanno diversi tipi di memoria, che variano in velocità ed efficienza energetica a seconda di dove vengono utilizzati nel sistema. In genere, i computer più grandi, in particolare quelli nei data center, utilizzeranno molti dischi rigidi magnetici, che ora sono meno comuni nei sistemi di consumo. La tecnologia magnetica su cui si basano fornisce una capacità molto elevata, ma non ha la velocità della memoria di sistema a stato solido. I dispositivi basati sulla tecnologia spintronica in arrivo potrebbero essere in grado di colmare questa lacuna e migliorare radicalmente anche le prestazioni teoriche dei dispositivi elettronici classici.
Il Professor Satoru Nakatsuji e il Professore Associato al Progetto Tomoya Higo del Dipartimento di Fisica dell'Università di Tokyo, insieme al loro team, esplorano il mondo della spintronica e altre aree correlate della fisica dello stato solido:in generale, la fisica delle cose che funzionano senza muoversi . Nel corso degli anni, hanno studiato tipi speciali di materiali magnetici, alcuni dei quali hanno proprietà molto insolite. Avrai familiarità con i ferromagneti, poiché questi sono i tipi che esistono in molte applicazioni quotidiane come i dischi rigidi dei computer e i motori elettrici, probabilmente ne hai anche attaccati al frigorifero. Tuttavia, di maggiore interesse per il team sono i materiali magnetici più oscuri chiamati antiferromagneti.
"Come i ferromagneti, le proprietà magnetiche degli antiferromagneti derivano dal comportamento collettivo delle loro particelle componenti, in particolare dagli spin dei loro elettroni, qualcosa di analogo al momento angolare", ha detto Nakatsuji. "Entrambi i materiali possono essere utilizzati per codificare le informazioni modificando i gruppi localizzati di particelle costituenti. Tuttavia, gli antiferromagneti hanno un netto vantaggio nell'elevata velocità con cui è possibile apportare queste modifiche agli stati di rotazione di memorizzazione delle informazioni, a costo di una maggiore complessità. "
"Alcuni dispositivi di memoria spintronici esistono già. La MRAM (memoria ad accesso casuale magnetoresistivo) è stata commercializzata e può sostituire la memoria elettronica in alcune situazioni, ma si basa sulla commutazione ferromagnetica", ha affermato Higo. "Dopo numerosi tentativi ed errori, credo che siamo i primi a segnalare la riuscita commutazione degli stati di spin nel materiale antiferromagnetico Mn3 Sn utilizzando lo stesso metodo utilizzato per i ferromagneti nella MRAM, il che significa che abbiamo convinto la sostanza antiferromagnetica ad agire come un semplice dispositivo di memoria."
Questo metodo di commutazione è chiamato commutazione della coppia di spin-orbita (SOT) ed è motivo di entusiasmo nel settore tecnologico. Usa una frazione della potenza per cambiare lo stato di un bit (1 o 0) in memoria, e sebbene gli esperimenti dei ricercatori abbiano comportato il cambio del loro Mn3 Sn campiona in appena pochi millisecondi (millesimo di secondo), sono fiduciosi che la commutazione SOT potrebbe avvenire sulla scala del picosecondo (trilionesimo di secondo), che sarebbe ordini di grandezza più veloce della velocità di commutazione dello stato attuale- chip di computer elettronici di ultima generazione.
"Ci siamo riusciti grazie al materiale unico Mn3 Sn", ha detto Nakatsuji. "È stato molto più facile lavorare in questo modo rispetto ad altri materiali antiferromagnetici."
"Non esiste un libro di regole su come fabbricare questo materiale. Miriamo a creare un reticolo cristallino puro e piatto di Mn3 Sn da manganese e stagno utilizzando un processo chiamato epitassia a fascio molecolare", ha affermato Higo. "Ci sono molti parametri in questo processo che devono essere messi a punto e stiamo ancora perfezionando il processo per vedere come potrebbe essere ampliato se è per diventare un giorno un metodo industriale."
La ricerca è stata pubblicata su Natura . + Esplora ulteriormente
