Il gruppo di ricerca del Professor Jairo Sinova presso l'Istituto di Fisica della Johannes Gutenberg University Mainz (JGU), in collaborazione con ricercatori di Praga, Cambridge, e Nottingham, hanno previsto e scoperto un nuovo fenomeno fisico che permette di manipolare lo stato di un magnete mediante segnali elettrici. Tecnologie attuali per la scrittura, immagazzinare, e le informazioni di lettura sono basate su addebito o spin. Le memorie flash a semiconduttore o ad accesso casuale sono i principali esempi tra la grande varietà di dispositivi basati sulla carica.

Sfruttano la possibilità offerta dai semiconduttori di manipolare e rilevare facilmente elettricamente i loro stati di carica elettronici che rappresentano gli "zeri" e gli "uno". Il rovescio della medaglia è che le perturbazioni deboli come le impurità, variazione di temperatura, o radiazioni possono portare a ridistribuzioni incontrollate di carica e, come conseguenza, alla perdita di dati. I dispositivi basati su spin operano su un principio completamente distinto. In alcuni materiali, come il ferro, gli spin degli elettroni generano magnetismo e la posizione del polo nord e sud del magnete può essere utilizzata per memorizzare gli zeri e gli uno. Questa tecnologia è alla base di applicazioni di memoria che vanno dalle schede a banda magnetica da kilobyte ai dischi rigidi dei computer da terabyte.

Poiché si basano sullo spin, i dispositivi sono molto più robusti contro le perturbazioni di carica. Però, lo svantaggio delle attuali memorie magnetiche è che per invertire i poli nord e sud del magnete, cioè., capovolgere lo zero in uno o viceversa, la punta magnetica deve essere accoppiata ad un elettromagnete o ad un altro magnete permanente. Se invece si potessero invertire i poli con un segnale elettrico senza coinvolgere un altro magnete, si può immaginare una nuova generazione di memorie che combini i vantaggi dei dispositivi basati sia sulla carica che sullo spin.

Per scuotere elettricamente un magnete senza coinvolgere un elettromagnete o un altro magnete permanente bisogna uscire dal regno della fisica classica ed entrare nella meccanica quantistica relativistica. La relatività di Einstein consente agli elettroni soggetti alla corrente elettrica di ordinare i loro spin in modo che diventino magnetici. I ricercatori hanno preso un GaMnAs a magnete permanente e applicando una corrente elettrica all'interno del magnete permanente hanno creato una nuova nuvola magnetica interna, che era in grado di manipolare il magnete permanente circostante. Il lavoro è stato pubblicato sulla rivista Nanotecnologia della natura il 2 marzo 2014.

Il fenomeno osservato è strettamente correlato all'effetto Hall di spin intrinseco relativistico che Jörg Wunderlich, Jairo Sinova, e Tomas Jungwirth scoperto nel 2004 a seguito di una previsione di Sinova e collaboratori nel 2003. Da allora è diventata una dimostrazione da manuale di come le correnti elettriche possono magnetizzare qualsiasi materiale. "Dieci anni fa abbiamo previsto e scoperto come le correnti elettriche possono generare correnti di spin pure attraverso la struttura intrinseca dei materiali. Ora abbiamo mostrato come questo effetto può essere invertito per manipolare i magneti mediante la polarizzazione indotta dalla corrente. Questi nuovi fenomeni sono importanti argomento di ricerca oggi in quanto possono portare alla nuova generazione di dispositivi di memoria.Oltre alle nostre collaborazioni in corso, questa direzione di ricerca si accoppia molto bene con la ricerca sperimentale in corso qui a Mainz. Far parte di questa ricerca leader a livello mondiale e lavorare con colleghi eccellenti è un privilegio immenso e sono molto entusiasta del futuro", dice il professor Jairo Sinova.