L'elettronica si basa sul trasporto di cariche elettriche da un luogo all'altro. Gli elettroni si muovono, la corrente scorre e i segnali vengono trasmessi applicando una tensione elettrica. Tuttavia, esiste anche un altro modo per manipolare correnti e segnali elettronici:utilizzare le proprietà dello spin, il momento magnetico intrinseco dell’elettrone. Questo si chiama "spintronica" ed è diventato un campo sempre più importante nella ricerca elettronica contemporanea.
Un gruppo di ricerca internazionale che coinvolge la TU Wien e l'Accademia ceca delle scienze ha ora raggiunto un importante traguardo. Sono riusciti a scambiare gli spin in un materiale antiferromagnetico utilizzando la deformazione superficiale. Ciò potrebbe portare a una nuova importante linea di ricerca nelle tecnologie elettroniche. La ricerca è pubblicata sulla rivista Advanced Functional Materials .
"Esistono diversi tipi di magnetismo", spiega Sergii Khmelevskyi del Vienna Scientific Cluster Research Center, TU Wien. "Il più noto è il ferromagnetismo. Si verifica quando gli spin atomici in un materiale sono tutti allineati in parallelo. Ma esiste anche l'antiferromagnetismo opposto. In un materiale antiferromagnetico, gli atomi vicini hanno sempre spin opposti." I loro effetti quindi si annullano a vicenda e dall'esterno non è possibile rilevare alcuna forza magnetica.
"Nel 2010, tuttavia, gli scienziati della TU Vienna e dell'Accademia ceca delle scienze hanno avuto l'idea che tali materiali antiferromagnetici abbiano proprietà promettenti per le applicazioni spintroniche", spiega Khmelevskyi. Questo fu l'inizio del nuovo campo di ricerca della "spintronica antiferromagnetica", che da allora si è sviluppato rapidamente.
Un lavoro intenso è stato svolto recentemente dalla TU Wien, dall'Istituto di fisica dell'Accademia ceca delle scienze e dall'Ecole Polytechnique (Parigi). La sfida più grande è stata che gli spin nei materiali antiferromagnetici sono difficili da manipolare, ma trovare un modo per manipolarli in modo affidabile e preciso è cruciale. Solo se gli stati magnetici possono essere commutati in modo mirato da uno stato all'altro diventa possibile produrre celle di memoria del computer (ad esempio MRAM).
Manipolare i ferromagneti è semplice:basta applicare semplicemente un campo magnetico esterno per influenzarne le proprietà magnetiche interne. Questo non è possibile con gli antiferromagneti, ma c'è una via d'uscita:puoi lavorare con la deformazione superficiale.
Tuttavia, ciò richiede tipi di cristalli molto specifici. A seconda della geometria e della disposizione degli atomi nel cristallo, possono essere possibili diverse disposizioni di spin antiferromagnetico. Il cristallo assume lo stato con l'energia più bassa. Ma potrebbe trattarsi di una situazione in cui diversi ordini di rotazione hanno la stessa energia. Questo fenomeno è chiamato "frustrazione magnetica". "In tal caso, minuscole interazioni, che altrimenti non avrebbero alcun ruolo, possono decidere quale stato magnetico assumerà il cristallo", afferma Khmelevskyi.
Esperimenti con il biossido di uranio hanno dimostrato che lo stress meccanico può essere utilizzato per comprimere leggermente il reticolo cristallino, e questo è sufficiente per cambiare l'ordine magnetico del materiale.
"Abbiamo ora dimostrato che gli antiferromagneti possono effettivamente essere commutati utilizzando le proprietà della frustrazione magnetica esistente in molti materiali conosciuti", afferma Khmelevskyi. "Ciò apre la porta a molti ulteriori interessanti sviluppi nella direzione della spintronica antiferromagnetica funzionale."
Ulteriori informazioni: Evgenia A. Tereshina-Chitrova et al, Commutazione guidata da tensione tra stati antiferromagnetici in antiferromagnete frustrato UO2 sondato dall'effetto bias di scambio, Materiali funzionali avanzati (2023). DOI:10.1002/adfm.202311895
Fornito dall'Università della Tecnologia di Vienna
