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I computer moderni utilizzano gli elettroni per elaborare le informazioni, ma questo progetto sta iniziando a raggiungere limiti teorici. Tuttavia, potrebbe essere possibile utilizzare il magnetismo e continuare così lo sviluppo di computer sia più economici che più potenti, grazie al lavoro degli scienziati del Niels Bohr Institute (NBI) e dell'Università di Copenaghen. Il loro studio è pubblicato sulla rivista Nature Communications .
"La funzione di un computer prevede l'invio di corrente elettrica attraverso un microchip. Sebbene la quantità sia minima, la corrente non solo trasporterà le informazioni, ma contribuirà anche a riscaldare il chip. Quando si dispone di un numero enorme di componenti strettamente imballati, il calore diventa un problema. Questo è uno dei motivi per cui abbiamo raggiunto il limite di quanto è possibile ridurre i componenti. Un computer basato sul magnetismo eviterebbe il problema del surriscaldamento", afferma il professor Kim Lefmann, Condensed Matter Physics, NBI.
"La nostra scoperta non è una ricetta diretta per creare un computer basato sul magnetismo. Piuttosto abbiamo rivelato una proprietà magnetica fondamentale che devi controllare, se vuoi progettare un computer del genere."
La meccanica quantistica interrompe l'accelerazione
Per cogliere la scoperta, bisogna sapere che i materiali magnetici non sono necessariamente orientati in modo uniforme. In altre parole, le aree con i poli magnetici nord e sud possono coesistere fianco a fianco. Queste aree sono denominate domini e il confine tra un dominio del polo nord e quello del polo sud è il muro del dominio.
Sebbene il muro del dominio non sia un oggetto fisico, ha comunque diverse proprietà simili a particelle. È un esempio di ciò che i fisici chiamano quasi-particelle, ovvero fenomeni virtuali che assomigliano a particelle.
"È ben noto che si può spostare la posizione del muro del dominio applicando un campo magnetico. Inizialmente, il muro reagirà in modo simile a un oggetto fisico che è soggetto alla gravità e accelera fino a quando non colpisce la superficie sottostante. Tuttavia, altre leggi applicare al mondo quantistico", spiega Kim Lefmann.
"A livello quantistico, le particelle non sono solo oggetti, ma sono anche onde. Questo vale anche per una quasi-particella come un muro di dominio. Le proprietà dell'onda implicano che l'accelerazione viene rallentata quando il muro interagisce con gli atomi nell'ambiente circostante . Presto l'accelerazione si fermerà completamente e la posizione del muro inizierà a oscillare."
L'ipotesi svizzera ha fornito ispirazione
Un fenomeno simile si osserva per gli elettroni. Qui è noto come Oscillazioni di Bloch dal nome del fisico americano-svizzero e premio Nobel Felix Bloch che lo scoprì nel 1929.
Nel 1996 i fisici teorici svizzeri hanno suggerito che nel magnetismo potrebbe esistere un parallelo con le oscillazioni di Bloch. Ora, poco più di un quarto di secolo dopo, Kim Lefmann e i suoi colleghi sono riusciti a confermare questa ipotesi.
Il team di ricerca ha studiato il movimento delle pareti dei domini nel materiale magnetico CoCl2 ∙ 2D2 O.
"Sappiamo da molto tempo che sarebbe possibile verificare l'ipotesi, ma abbiamo anche capito che avrebbe richiesto l'accesso a sorgenti di neutroni. In modo univoco, i neutroni reagiscono ai campi magnetici nonostante non siano caricati elettricamente. Questo li rende ideali per studi magnetici", racconta Kim Lefmann.
Incentivo per la ricerca nel campo magnetico
Le sorgenti di neutroni sono strumenti scientifici su larga scala. In tutto il mondo esistono solo una ventina di strutture e la competizione per il tempo di trasmissione è feroce. Il team è riuscito solo ora a ottenere dati sufficienti per soddisfare le Nature Communications redattori.
"Abbiamo avuto il beam time rispettivamente al NIST negli Stati Uniti e all'ILL in Francia. Fortunatamente, le condizioni per la ricerca magnetica miglioreranno notevolmente quando l'ESS (European Spallation Source, ndr) diventerà operativo a Lund, in Svezia. Non solo le nostre possibilità per il tempo del fascio diventa migliore, poiché la Danimarca è comproprietaria della struttura. La qualità dei risultati migliorerà di circa 100 volte, perché l'ESS sarà una sorgente di neutroni estremamente potente", afferma Kim Lefmann.
Per chiarire, sottolinea che anche se è coinvolta la meccanica quantistica, un computer basato sul magnetismo non sarebbe un tipo di computer quantistico. "In futuro, i computer quantistici dovrebbero essere in grado di affrontare compiti estremamente complicati. Ma anche in questo caso, avremo ancora bisogno di computer convenzionali per l'elaborazione più ordinaria. È qui che i computer basati sul magnetismo potrebbero diventare valide alternative come migliori dei computer attuali ." + Esplora ulteriormente
