Un gruppo collaborativo di ricercatori ha potenzialmente sviluppato un mezzo per controllare le onde di spin creando un modello esagonale di dischi di rame su un isolante magnetico. Si prevede che questa svolta porterà a una maggiore efficienza e miniaturizzazione dei dispositivi di comunicazione in campi quali l'intelligenza artificiale e la tecnologia di automazione.
I dettagli dello studio sono stati pubblicati sulla rivista Physical Review Applied il 30 gennaio 2024.
In un materiale magnetico gli spin degli elettroni sono allineati. Quando questi spin subiscono un movimento coordinato, generano una sorta di increspatura nell’ordine magnetico, chiamata onde di spin. Le onde di rotazione generano poco calore e offrono numerosi vantaggi per i dispositivi di prossima generazione.
L’implementazione delle onde di spin nei circuiti a semiconduttore, che convenzionalmente si basano su correnti elettriche, potrebbe ridurre il consumo energetico e promuovere un’elevata integrazione. Poiché le onde di spin sono onde, tendono a propagarsi in direzioni casuali a meno che non siano controllate da strutture e altri mezzi. Pertanto, in tutto il mondo vengono sviluppati in modo competitivo elementi in grado di generare, propagarsi, sovrapporre e misurare le onde di spin.
"Abbiamo sfruttato la natura ondulatoria delle onde di spin per controllare direttamente la loro propagazione", sottolinea Taichi Goto, professore associato presso l'Istituto di ricerca sulle comunicazioni elettriche dell'Università di Tohoku e coautore dell'articolo. "Lo abbiamo fatto sviluppando innanzitutto un eccellente materiale isolante magnetico chiamato pellicola di granato magnetico, che presenta basse perdite di onde di spin. Abbiamo poi sistemato periodicamente piccoli dischi di rame con diametro inferiore a 1 mm su questa pellicola."
Disponendo i dischi di rame in uno schema esagonale simile ai fiocchi di neve, Goto e i suoi colleghi sono riusciti a riflettere efficacemente le onde di rotazione. Inoltre, ruotando il cristallo magnonico (mostrato in Figura 2) e modificando l’angolo incidente delle onde di spin, i ricercatori hanno rivelato che la frequenza alla quale si verifica il gap di banda magnonico rimane sostanzialmente invariata nell’intervallo da 10 a 30 gradi. Ciò suggerisce la potenzialità del cristallo magnonico bidimensionale di controllare liberamente la direzione di propagazione delle onde di spin.
"Ad oggi, non ci sono state conferme sperimentali dei cambiamenti nell'angolo di incidenza dell'onda di spin per un cristallo magnonico bidimensionale comprendente un isolante magnetico e dischi di rame, rendendo questo il primo rapporto al mondo", afferma Goto.
Guardando al futuro, il team spera di dimostrare il controllo della direzione delle onde di spin utilizzando cristalli magnonici bidimensionali e di sviluppare componenti funzionali che utilizzino questa tecnologia.
Ulteriori informazioni: Kanta Mori et al, Modalità di cristallo magnonico bidimensionale dipendenti dall'orientamento in una guida d'onda ferrimagnetica a smorzamento ultrabasso contenente reticoli esagonali riposizionati di dischi di Cu, Revisione fisica applicata (2024). DOI:10.1103/PhysRevApplied.21.014061
Fornito dall'Università di Tohoku
