I magneti van der Waals atomicamente sottili sono ampiamente considerati come il supporto compatto definitivo per l'archiviazione di dati magnetici futuri e l'elaborazione rapida dei dati. Controllo dello stato magnetico di questi materiali in tempo reale, però, si è rivelato difficile. Ma ora, un team internazionale di ricercatori guidati dalla Delft University of Technology (TU Delft) è riuscito a utilizzare la luce per modificare l'anisotropia di un antiferromagnete van der Waals su richiesta, aprendo la strada al nuovo, mezzi estremamente efficienti di memorizzazione dei dati.

I sottili strati atomici che compongono i magneti di van der Waals possono sembrare estremamente fragili, ma possono essere circa 200 volte più resistenti dell'acciaio. Sfortunatamente, questa resistenza meccanica non si traduce necessariamente in forti proprietà magnetiche. La ragione di ciò è che, in due dimensioni, l'ordine magnetico di questi magneti diventa particolarmente vulnerabile al calore. Qualsiasi temperatura al di sopra dello zero assoluto (-273 °C) attiva fluttuazioni casuali nell'orientamento degli spin microscopici, che può far crollare completamente l'ordine magnetico. Quindi finché non potremo controllare il loro stato magnetico, le promesse dei magneti atomicamente sottili sono proprio questo:promesse.

Controllo del magnetismo

L'unico modo per contrastare le agitazioni termiche è di attaccare gli spin magnetici più in alcune direzioni del materiale che in altre. O, come lo chiamano i fisici:indurre l'anisotropia magnetica. Ciò rende più difficile per gli spin cambiare il loro orientamento, innalzando così la loro temperatura di ordinamento (nota come temperatura di Curie) ben al di sopra dello zero assoluto. Controllo dell'anisotropia nei magneti a bassa dimensionalità, in altre parole, apre un percorso diretto per controllare la loro temperatura di ordinamento e quindi il magnetismo stesso.

Nel loro studio, la squadra internazionale, che consisteva di ricercatori provenienti dai Paesi Bassi, Spagna e Ucraina, utilizzato impulsi di luce ultracorti, un trilione di volte più breve di un secondo, per indurre l'anisotropia magnetica in un antiferromagnete di van der Waals bidimensionale. Perché usare la luce? "Perché è una manopola di controllo molto comoda, " Spiega il Dr. Andrea Caviglia. "Puoi accenderlo e spegnerlo in modo semplice e veloce e quindi manipolare l'anisotropia su richiesta, che è esattamente ciò di cui abbiamo bisogno se vogliamo iniziare a utilizzare questi materiali per l'archiviazione efficiente dei dati".

Sintonizzare il colore

Variando sistematicamente il colore della luce dal visibile al vicino infrarosso, gli scienziati hanno anche scoperto che non tutti i tipi di luce possono generare anisotropia magnetica. Per indurre questa proprietà, il colore della luce deve corrispondere all'energia necessaria per modificare lo stato orbitale dell'elettrone. Vale a dire:cambiare il modo in cui l'elettrone ruota intorno a un nucleo carico positivamente. Poiché lo spin dell'elettrone e il suo moto orbitale sono strettamente collegati, le eccitazioni luminose inducono anisotropia, che si traduce in un moto d'onda di spin bidimensionale. "Questo movimento è coerente:l'intero insieme di spin si muove in fase alle alte frequenze, "dice Jorrit Hortensius, un dottorato di ricerca studente presso TU Delft. "Questa è una soluzione elegante e allo stesso tempo virtualmente universale per manipolare l'anisotropia magnetica praticamente in qualsiasi magnete bidimensionale".

In questo esperimento di dimostrazione del principio, il team ha dimostrato che l'anisotropia può essere fotoindotta per una piccola frazione di tempo, quasi uguale alla durata dell'impulso luminoso. Però, per applicazioni pratiche le modifiche al magnete devono essere sostenute per un periodo di tempo più lungo. Gli scienziati sperano che gli impulsi di luce con una durata più lunga possano aiutare a raggiungere questo obiettivo. Dott. Dmytro Afanasiev, che attualmente lavora all'Università di Ratisbona afferma:"Speriamo che impulsi di luce più lunghi possano persino promuovere l'ordine magnetico al di sopra della temperatura di ordinamento di equilibrio, in modo che possiamo osservare in tempo reale come lo stato ordinato nasce dal caos magnetico. Ciò aumenterà sicuramente la nostra comprensione del magnetismo in questi magneti di van der Waals".

Lo studio è pubblicato su Progressi scientifici .