Un team internazionale di ricercatori ha descritto un nuovo effetto fisico che potrebbe essere utilizzato per sviluppare chip magnetici più efficienti per l'elaborazione delle informazioni. L'effetto della meccanica quantistica rende più facile la produzione di correnti polarizzate con spin necessarie per la commutazione delle informazioni memorizzate magneticamente. I risultati della ricerca sono stati pubblicati online il 28 luglio sulla rivista ad alto impatto Nanotecnologia della natura .

La memoria ad accesso casuale è la memoria a breve termine nei computer. Memorizza i programmi e i file attualmente in uso in formato elettronico, in numerosi minuscoli condensatori. Poiché i condensatori si scaricano nel tempo, devono essere ricaricati regolarmente per garantire che nessun dato venga perso. Questo costa tempo ed energia, e un'interruzione di corrente non pianificata può comportare la perdita definitiva dei dati.

Memorie magnetiche ad accesso casuale (MRAM), d'altra parte, memorizzare le informazioni in piccole aree magnetiche. Questo è un processo veloce che funziona senza un'alimentazione continua. Nonostante ciò, Le MRAM devono ancora essere implementate su larga scala, poiché la loro densità di integrazione è ancora troppo bassa, e usano troppa energia, sono difficili da produrre, e costa troppo

Una ragione di ciò è che le correnti polarizzate di spin, o correnti di spin in breve, sono necessari per commutare le aree magnetiche delle MRAM. Lo spin è il momento angolare intrinseco degli elettroni che conferisce ai materiali le loro proprietà magnetiche, e può puntare in due direzioni. Le correnti di spin sono correnti elettriche che possiedono solo uno di questi due tipi di spin. Simile al modo in cui il campo magnetico terrestre colpisce l'ago di una bussola, una corrente di uno dei tipi di spin influenza uno strato magnetico e può provocarne il ribaltamento.

Per produrre correnti di spin fino ad ora, il tipo di spin desiderato è stato filtrato dalla normale corrente elettrica. Ciò richiedeva strutture filtranti speciali e densità di corrente elevate. Grazie al nuovo effetto identificato dai ricercatori di Jülich, Barcellona, Grenoble, e Zurigo, le informazioni magnetiche potrebbero ora essere scambiate più facilmente.

"Non abbiamo più bisogno di filtri spin. Invece, produciamo la corrente di spin direttamente dove verrà utilizzata. Tutto ciò che serve è una pila di strati di cobalto e platino, " afferma il Dr. Frank Freimuth del Peter Grünberg Institute e dell'Institute for Advanced Simulation al Forschungszentrum Jülich. Ciò riduce la quantità di spazio necessaria, rende il sistema più robusto, e può semplificare la produzione di chip magnetici.

Una corrente elettrica, condotto attraverso lo stack all'interfaccia, separa gli spin nello strato di platino e trasporta solo un tipo di spin nello strato di cobalto magnetico. Questo crea una coppia in questo strato che può invertire la magnetizzazione. "Le coppie di spin erano già state osservate in sistemi a doppio strato in passato, "dice il fisico, che fa parte del Young Investigators Group on Topical Nanoelectronics guidato dal Prof. Yuriy Mokrousov. "Il fatto che abbiamo spiegato in modo definitivo per la prima volta come vengono creati è una svolta scientifica, perché questo ci consentirà di produrli in modo selettivo e di studiarli in modo più dettagliato".

I ricercatori hanno identificato due meccanismi che si combinano per produrre il nuovo effetto, che hanno soprannominato "coppia spin-orbita":accoppiamento spin-orbita e interazione di scambio. L'accoppiamento spin-orbita è un noto fenomeno quantistico relativistico e il motivo per cui tutti gli spin elettronici di un tipo si spostano dallo strato di platino allo strato di cobalto. All'interno dello strato di cobalto, l'orientamento magnetico dello strato interagisce quindi con gli spin tramite l'interazione di scambio.

I ricercatori hanno testato con successo la loro teoria negli esperimenti. Il prossimo passo è calcolare l'effetto in altri materiali con un accoppiamento spin-coppia più forte per scoprire se l'effetto è ancora più evidente in altre combinazioni di materiali.