C'è una crepa in ogni cosa, Leonard Cohen ha cantato; è così che entra la luce. Ora un team guidato da scienziati del National Institute of Standards and Technology (NIST) ha esplorato le proprietà di una promettente classe di materiali con nuove capacità che dipendono da quelle crepe. I loro risultati potrebbero aiutare ad aprire la strada ad applicazioni pratiche dalla memoria del computer non volatile alle finestre a oscuramento rapido.

I materiali in questione sono stati soprannominati magneto-ionici, sostanze magnetiche con proprietà che dipendono dalla disposizione degli ioni, che sono atomi con carica elettrica. Ai progettisti di memorie per computer piacciono perché funzionano in modo diverso rispetto ai dispositivi elettronici tradizionali, che dipendono dal movimento degli elettroni per rappresentare 1 e 0. Ma gli elettroni non rimangono nei dispositivi tradizionali quando l'energia si spegne.

Entra magneto-ionici, che sono formati da diversi strati estremamente sottili di particelle cristalline contenenti ossigeno impilati uno sopra l'altro. Queste particelle si accumulano insieme, ma hanno piccoli spazi tra loro, consentendo agli ioni di ossigeno di muoversi tra le particelle. Se strati di particelle sono depositati come un film sottile su una superficie, gli ioni possono essere spostati su e giù attraverso gli strati utilizzando un campo elettrico, cambiando il modo in cui si comportano, anche facendo in modo che gli strati magnetici perdano il loro magnetismo. Controllare se i livelli sono magnetici o meno consente la memorizzazione delle informazioni come 1 e 0. E una volta che uno ione si sposta in un nuovo posto, tende a restare lì, anche senza elettricità.

Esistono altre tecnologie di memoria non volatile, in particolare dischi rigidi e memoria flash, ma funzionano relativamente lentamente, hanno una durata relativamente breve e non possono essere aumentati oltre un certo punto:dischi rigidi, Per esempio, può avere solo tanti strati. Anche le tecnologie ioniche funzionerebbero lentamente, ma sarebbe più scalabile.

Il fascino di questi film magneto-ionici va ben oltre l'archiviazione dei dati, tuttavia, disse il fisico del NIST Dustin Gilbert, a causa dell'ampia gamma di proprietà che possono essere modificate spostando gli ioni di ossigeno.

"Il controllo della distribuzione dell'ossigeno offre l'opportunità di regolare praticamente ogni proprietà di un materiale:magnetica, strutturale, ottico, meccanico o chimico, per dirne alcuni, " ha detto Gilbert. "Quindi in senso lato, potresti immaginare un numero qualsiasi di dispositivi in ​​cui applichiamo una tensione e cambiamo completamente il loro comportamento funzionale. Una possibilità sarebbe un rivestimento della finestra che cambia da opaco a specchiato o trasparente, in modo che tu potessi far entrare la luce del sole con il semplice tocco di un interruttore."

Nonostante il loro più ampio potenziale, la maggior parte della ricerca che è stata condotta fino ad ora sulla magneto-ionica è stata su film estremamente sottili dello spessore di pochi strati atomici. Il team del NIST ha deciso di esplorare il comportamento dei film sostanzialmente più spessi che potrebbero essere cruciali per le applicazioni commerciali.

La loro ricerca, eseguita utilizzando la riflettometria a neutroni presso il Centro NIST per la ricerca sui neutroni, ha mostrato una serie di risultati utili per il futuro del settore. Particelle più piccole, Per esempio, tendono a creare film magneto-ionici migliori, poiché ci sono più fessure attraverso le quali possono viaggiare gli ioni di ossigeno. Anche, cambiando la composizione chimica e la struttura cristallina delle particelle e degli strati cambia drasticamente le proprietà del film, il che significa che l'ingegneria delle particelle sarà una delle principali preoccupazioni per i produttori.

Le proprietà dei film cambiano anche dopo che gli ioni di ossigeno fanno alcuni viaggi di andata e ritorno attraverso gli strati, sollevando domande su quanto tempo potrebbe durare un dispositivo basato sulla magneto-ionica.

"Dobbiamo essere in grado di scambiare queste cose avanti e indietro un numero enorme di volte, " ha detto Gilbert. "La loro durata e velocità stanno migliorando rapidamente, ma c'è ancora una strada da percorrere. Comprendendo meglio il movimento dell'ossigeno in questi dispositivi, il nostro lavoro dovrebbe aiutare molto in questo. Abbiamo decifrato la fisica sottostante alle proprietà magnetiche di questi film, che dovrebbe illuminare gli ingegneri su come possono usarli."