Se si cambia un po' nella memoria di un computer e poi lo si ripristina nuovamente, è stato ripristinato lo stato originale. Ci sono solo due stati che possono essere chiamati "0 e 1".

Tuttavia, ora è stato scoperto un effetto sorprendente alla TU Wien (Vienna):in un cristallo a base di ossidi di gadolinio e manganese, è stato trovato un interruttore atomico che deve essere commutato avanti e indietro non solo una, ma due volte, fino a quando l'originale lo stato viene raggiunto di nuovo. Durante questo doppio processo di accensione e spegnimento, la rotazione degli atomi di gadolinio esegue una rotazione completa. Questo ricorda un albero a gomiti, in cui un movimento su e giù viene convertito in un movimento circolare.

Questo nuovo fenomeno apre interessanti possibilità nella fisica dei materiali. Anche le informazioni potrebbero essere archiviate con tali sistemi. Lo strano cambio atomico è stato ora presentato sulla rivista scientifica Nature .

Accoppiamento di proprietà elettriche e magnetiche

Normalmente, viene fatta una distinzione tra le proprietà elettriche e magnetiche dei materiali. Le proprietà elettriche si basano sul fatto che i portatori di carica si muovono, ad esempio elettroni che viaggiano attraverso un metallo o ioni la cui posizione è spostata.

Le proprietà magnetiche, d'altra parte, sono strettamente correlate allo spin degli atomi, il momento angolare intrinseco della particella, che può puntare in una direzione molto specifica, proprio come l'asse di rotazione terrestre punta in una direzione molto specifica.

Tuttavia, ci sono anche materiali in cui i fenomeni elettrici e magnetici sono strettamente accoppiati. Il Prof. Andrei Pimenov e il suo team dell'Istituto di Fisica dello Stato Solido della TU Wien stanno effettuando ricerche su questi materiali. "Abbiamo esposto un materiale speciale a base di gadolinio, manganese e ossigeno a un campo magnetico e misurato come la sua polarizzazione elettrica è cambiata durante il processo", afferma Andrei Pimenov. "Volevamo analizzare come le proprietà elettriche del materiale possono essere modificate dal magnetismo. E, sorprendentemente, ci siamo imbattuti in un comportamento completamente imprevisto."

Torna all'inizio in quattro passaggi

All'inizio, il materiale è polarizzato elettricamente:da un lato è caricato positivamente, dall'altro lato negativo. Quindi accendi un forte campo magnetico e la polarizzazione cambia molto poco. Tuttavia, se si spegne nuovamente il campo magnetico, diventa evidente un cambiamento drammatico:improvvisamente la polarizzazione si inverte:il lato che prima era caricato positivamente è ora caricato negativamente e viceversa.

Ora puoi ripetere lo stesso processo una seconda volta:di nuovo, accendi il campo magnetico e la polarizzazione elettrica rimane approssimativamente costante. Se si spegne il campo magnetico, la polarizzazione si inverte nuovamente e torna così allo stato originale.

"Questo è estremamente straordinario", afferma Andrei Pimenov. "Eseguiamo quattro diversi passaggi, ogni volta che il materiale cambia le sue proprietà interne, ma solo due volte la polarizzazione cambia, quindi raggiungi lo stato iniziale solo dopo il quarto passaggio."

Motore a quattro tempi per gadolinio

Uno sguardo più attento mostra che gli atomi di gadolinio sono responsabili di questo comportamento:cambiano la loro direzione di rotazione in ciascuno dei quattro passaggi, ogni volta di 90 gradi. "In un certo senso, è un motore a quattro tempi per atomi", afferma Andrei Pimenov. "Anche in un motore a quattro tempi, ci vogliono quattro passaggi per tornare allo stato iniziale e il cilindro si muove su e giù due volte nel processo. Nel nostro caso, il campo magnetico si muove su e giù due volte prima dello stato iniziale viene ripristinato e la rotazione degli atomi di gadolinio punta di nuovo nella direzione originale."

Teoricamente, tali materiali potrebbero essere utilizzati per memorizzare informazioni:un sistema con quattro possibili stati avrebbe una capacità di archiviazione di due bit per interruttore, invece del solito bit di informazioni per "0" o "1". Ma l'effetto è particolarmente interessante anche per la tecnologia dei sensori:ad esempio, in questo modo si potrebbe produrre un contatore di impulsi magnetici. L'effetto fornisce nuovi importanti input per la ricerca teorica:è un altro esempio di un cosiddetto "effetto topologico", una classe di effetti materiali che da anni attirano molta attenzione nella fisica dello stato solido e dovrebbero consentire lo sviluppo di nuovi materiali. + Esplora ulteriormente

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