L'energia necessaria per cambiare l'orientamento magnetico di un singolo atomo - che determina la sua stabilità magnetica e quindi la sua utilità in una varietà di future applicazioni del dispositivo - può essere modificata variando l'accoppiamento elettrico dell'atomo con i metalli vicini.

Questo sorprendente risultato è stato pubblicato oggi sulla rivista Nanotecnologia della natura da un gruppo internazionale di scienziati che lavorano presso il London Centre for Nanotechnology (LCN) presso l'UCL (UK), il Laboratorio di nanotecnologie iberiche (Portogallo), l'Università di Saragozza (Spagna), e l'Istituto Max Planck di Fisica delle Microstrutture (Germania).

Chiunque giochi con due magneti può sperimentare come si respingono o si attraggono a seconda dell'orientamento relativo dei loro poli magnetici. Il fatto che in un dato magnete questi poli giacciono lungo una direzione specifica anziché essere orientati casualmente è noto come anisotropia magnetica, e questa proprietà è sfruttata in una varietà di applicazioni che vanno dagli aghi delle bussole ai dischi rigidi.

"Per 'grandi' pezzi di materiale magnetico, " ha sottolineato il dottor Joaquín Fernández-Rossier dell'INL, "L'anisotropia magnetica è determinata principalmente dalla forma di un magnete. Gli atomi che formano il materiale magnetico sono anch'essi magnetici, e quindi hanno la loro anisotropia magnetica. Però, gli atomi sono così piccoli che è difficile attribuire loro una forma, e l'anisotropia magnetica di un atomo è tipicamente controllata dalla posizione e dalla carica degli atomi vicini".

Utilizzando un microscopio a scansione a effetto tunnel, uno strumento in grado di osservare e manipolare un singolo atomo su una superficie, I ricercatori di LCN ei loro colleghi hanno scoperto un nuovo meccanismo che controlla l'anisotropia magnetica su scala atomica.

Nel loro esperimento, il team di ricerca ha osservato variazioni drammatiche nell'anisotropia magnetica dei singoli atomi di cobalto a seconda della loro posizione su una superficie di rame ricoperta da uno strato isolante atomicamente sottile di nitruro di rame.

Queste variazioni erano correlate a grandi cambiamenti nell'intensità di un altro fenomeno – l'effetto Kondo – che deriva dall'accoppiamento elettrico tra un atomo magnetico e un metallo vicino. Con l'aiuto di modelli teorici e computazionali eseguiti in Germania e Portogallo, i ricercatori hanno scoperto che, oltre ai tradizionali meccanismi strutturali, anche le interazioni elettroniche tra il substrato metallico e l'atomo magnetico possono svolgere un ruolo importante nel determinare l'anisotropia magnetica.

"Il controllo elettrico di una proprietà che in precedenza poteva essere regolato solo attraverso cambiamenti strutturali consentirà nuove possibilità significative durante la progettazione dei dispositivi più piccoli possibili per l'elaborazione delle informazioni, archivio dati, e percependo, " ha affermato il ricercatore LCN Dr Cyrus Hirjibehedin.

A differenza dei meccanismi più convenzionali, questo contributo all'anisotropia magnetica può essere regolato elettricamente usando lo stesso processo che guida molti transistor, l'effetto di campo Questi risultati sono particolarmente tempestivi perché supportano gli sforzi per trovare sistemi di materiali con una grande anisotropia magnetica privi di elementi di terre rare, materie prime scarse la cui estrazione ha un grande impatto ambientale.