I ricercatori della Norwegian University of Science and Technology (NTNU) e dell'Università di Cambridge nel Regno Unito hanno dimostrato che è possibile generare direttamente una corrente elettrica in un materiale magnetico ruotando la sua magnetizzazione.

I risultati rivelano un nuovo legame tra magnetismo ed elettricità, e può avere applicazioni in elettronica.

La generazione di corrente elettrica dimostrata dai ricercatori si chiama pompaggio di carica. Il pompaggio di carica fornisce una sorgente di correnti elettriche alternate ad altissima frequenza, e la sua grandezza e la dipendenza dal campo magnetico esterno possono essere utilizzate per rilevare informazioni magnetiche.

I risultati possono, perciò, offrire modi nuovi ed entusiasmanti di trasferire e manipolare dati in dispositivi elettronici basati sulla spintronica, una tecnologia che utilizza lo spin degli elettroni come base per l'archiviazione e la manipolazione delle informazioni.

I risultati della ricerca sono pubblicati come Advance Online Publication (AOP) su Nanotecnologia della natura sito web il 10 novembre 2014.

La spintronica è già stata sfruttata nell'archiviazione di dati di massa magnetica sin dalla scoperta dell'effetto di magnetoresistenza gigante (GMR) nel 1988. Per il loro contributo alla fisica, gli scopritori di GMR hanno ricevuto il Premio Nobel nel 2007.

La base della spintronica è la memorizzazione di informazioni nella configurazione magnetica dei ferromagneti e la lettura tramite meccanismi di trasporto dipendenti dallo spin.

"Gran parte del progresso nella spintronica è derivato dallo sfruttamento dell'accoppiamento tra lo spin dell'elettrone e il suo movimento orbitale, ma la nostra comprensione di queste interazioni è ancora immatura. Abbiamo bisogno di saperne di più per poter esplorare e sfruttare appieno queste forze, "dice Arne Brataas, professore alla NTNU e l'autore corrispondente per l'articolo.

Un elettrone ha uno spin, una rotazione apparentemente interna, oltre ad una carica elettrica. La rotazione può essere su o giù, che rappresentano le rotazioni in senso orario e antiorario.

Le correnti di spin puro sono correnti di carica in direzioni opposte per i due componenti di spin nel materiale.

È noto da tempo che la rotazione della magnetizzazione in un materiale magnetico può generare correnti di spin puro in conduttori adiacenti.

Però, le correnti di spin puro non possono essere rilevate convenzionalmente da un voltmetro a causa della cancellazione del flusso di carica associato nella stessa direzione.

È quindi necessario un elemento di conversione della carica di spin secondario, come un altro ferromagnete o una forte interazione spin-orbita, che provoca un effetto Hall di rotazione.

Brataas e i suoi collaboratori hanno dimostrato che in una piccola classe di materiali ferromagnetici, la conversione spin-carica avviene nei materiali stessi.

Le correnti di spin create nei materiali vengono quindi convertite direttamente in correnti di carica tramite l'interazione spin-orbita.

In altre parole, i ferromagneti funzionano intrinsecamente come generatori di correnti alternate guidate dalla magnetizzazione rotante.

"Il fenomeno è il risultato di un collegamento diretto tra elettricità e magnetismo. Consente la possibilità di nuove tecniche di rilevamento su nanoscala delle informazioni magnetiche e la generazione di correnti alternate ad altissima frequenza, "dice Brataas.

La generazione e la modulazione di correnti ad alta frequenza sono dispositivi di comunicazione wireless centrali come telefoni cellulari, Moduli WLAN per personal computer, Dispositivi Bluetooth e futuri radar per veicoli.