I computer elaborano e trasferiscono dati attraverso correnti elettriche che passano attraverso minuscoli circuiti e fili. Poiché queste correnti incontrano resistenza, creano calore che può minare l'efficienza e anche la sicurezza di questi dispositivi.

Per ridurre al minimo la perdita di calore e ottimizzare le prestazioni per la tecnologia a basso consumo, i ricercatori stanno esplorando altri modi per elaborare le informazioni che potrebbero essere più efficienti dal punto di vista energetico. Un approccio che i ricercatori del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) Argonne National Laboratory stanno esplorando comporta la manipolazione dello spin magnetico degli elettroni, un campo scientifico noto come spintronica.

"Nella spintronica, puoi pensare alle informazioni come a un magnete che punta in una direzione e un altro magnete che punta nella direzione opposta, " ha detto lo scienziato dei materiali Argonne Axel Hoffman. "Siamo interessati a come possiamo utilizzare l'eccitazione magnetica nelle applicazioni perché l'elaborazione delle informazioni in questo modo consuma meno energia rispetto al trasporto di informazioni attraverso una carica elettrica".

In un rapporto pubblicato su Nano lettere , Hoffman e colleghi ricercatori rivelano nuove intuizioni sulle proprietà di un isolante magnetico che è un candidato per applicazioni di dispositivi a bassa potenza; le loro intuizioni costituiscono i primi passi verso lo sviluppo dell'alta velocità, elettronica a bassa potenza che utilizza lo spin degli elettroni anziché la carica per trasportare le informazioni.

Il materiale che hanno studiato, granato di ferro ittrio (YIG), è un isolante magnetico che genera e trasmette corrente di spin in modo efficiente e dissipa poca energia. A causa della sua bassa dissipazione, YIG è stato utilizzato nelle tecnologie a microonde e radar, ma le recenti scoperte sugli effetti spintronici associati a YIG hanno spinto i ricercatori a esplorare potenziali applicazioni spintroniche.

Nella loro relazione, I ricercatori di Argonne caratterizzano le dinamiche di spin associate a un campione su piccola scala di YIG quando quel materiale è esposto a una corrente elettrica.

"Questa è la prima volta che qualcuno ha misurato la dinamica di spin su un campione di dimensioni così piccole, " ha detto Benjamin Jungfleisch, un incaricato postdottorato di Argonne e autore principale del rapporto. "Comprendere il comportamento di piccole dimensioni è fondamentale perché questi materiali devono essere piccoli per avere il potenziale per essere integrati con successo in dispositivi a bassa potenza".

I ricercatori hanno attaccato il campione YIG a nanofili di platino utilizzando la litografia a raggio elettrico, creando una struttura YIG/platino di dimensioni micrometriche. Hanno quindi inviato una corrente elettrica attraverso il platino per eccitare l'YIG e guidare la dinamica di rotazione. Hanno quindi effettuato misurazioni elettriche per caratterizzare le dinamiche di magnetizzazione e misurare come queste dinamiche sono cambiate riducendo l'YIG.

"Quando si restringono i materiali, possono comportarsi in modi diversi, modi che potrebbero rappresentare un ostacolo all'identificazione e all'attuazione di potenziali nuove applicazioni, " Ha detto Hoffman. "Quello che abbiamo osservato è che, anche se ci sono piccoli dettagli che cambiano quando YIG viene ridotto, non sembra esserci un ostacolo fondamentale che ci impedisca di utilizzare gli approcci fisici che utilizziamo per i piccoli dispositivi elettrici".

Il rapporto, intitolato "Nanomagneti isolanti guidati dalla coppia di rotazione, " è pubblicato in Nano lettere .