Se sei abbastanza grande, potresti avere ancora una scatola di cassette o nastri VHS in giro. Questi dispositivi di archiviazione erano popolari negli anni '70 e '80, ma da allora sono caduti in disuso, sostituito da CD e altri media digitali.

Ora, i ricercatori stanno dando un nuovo sguardo agli ossidi di cromo, composti chimici magnetici usati una volta per rivestire le superfici di tali nastri.

In un nuovo studio, Scott Sayres e Jacob Garcia, ricercatori presso il Biodesign Center for Applied Structural Discovery e la School of Molecular Sciences dell'ASU, utilizzare la spettroscopia di massa e gli impulsi laser ultraveloci per interrogare gli ossidi di cromo con dettagli senza precedenti.

"Gli ossidi di cromo sono noti per avere proprietà magnetiche ed elettroniche davvero eccitanti, " dice Sayres. "Sono un materiale davvero unico che è poco compreso a livello molecolare." Uno dei risultati sorprendenti dell'attuale studio è che l'aggiunta di atomi di ossigeno ai composti di cromo aumenta le loro proprietà metalliche e queste alterazioni possono essere controllate in modo molto preciso .

I risultati aprono le porte a una nuova generazione di elettronica che potrebbe presto raggiungere la scala più piccola possibile, permettendo la progettazione di sintonizzabili, componenti di dimensioni molecolari che potrebbero aumentare notevolmente le capacità di elaborazione e memorizzazione in nuovi dispositivi.

Le scoperte, che appaiono nell'attuale numero del Giornale della Società Chimica Americana ( JACS ), descrivere il comportamento di cluster di atomi di ossido di cromo, che può essere messo a punto per alterare la loro conduttanza elettrica, comportandosi variamente come fili conduttori di elettricità, semiconduttori o isolanti, a seconda del numero di atomi di ossigeno presenti.

Tali innovazioni fanno parte di un cambiamento in corso nell'elettronica noto come spintronica. Mentre i dispositivi elettronici convenzionali controllano il flusso di carica elettrica, la spintronica sfrutta inoltre lo spin, una proprietà quantistica degli elettroni, potenzialmente consentendo una capacità di archiviazione e una velocità di trasferimento dei dati molto maggiori.

L'idea di base ha trovato la sua strada nei primi prodotti di consumo alla fine degli anni '90 sotto forma di dischi rigidi magnetici per computer che vantano una capacità di archiviazione di centinaia di volte superiore ai loro predecessori.

Gli ossidi di cromo sono particolarmente adatti per tali applicazioni grazie alla loro elevata polarità di spin, una misura della gamma di stati di conduttanza che i cluster di cromo possono assumere, in base al numero di atomi di ossigeno (o stato di ossidazione).

Conosciuto come mezzo metallo, l'ossido di cromo è un composto inorganico composto da ossigeno e atomi di cromo, che si combinano per formare una struttura cristallina. Il termine mezzo metallo allude al fatto che le sue proprietà elettriche possono trasformarsi tra comportamento metallico ad alta conduttanza e comportamento isolante a bassa conduttanza, a seconda della sua configurazione elettronica.

Nello studio attuale, un laser a femtosecondi viene utilizzato come telecamera per osservare il movimento degli elettroni in stato eccitato, catturare eventi dinamici che si verificano su una scala temporale di femtosecondi, o un milionesimo di miliardesimo di secondo. Man mano che gli atomi di ossigeno venivano aggiunti ai cluster di cromo, sono state osservate le sottili transizioni tra proprietà isolanti e conduttrici metalliche.

"Abbiamo cercato di prendere i più piccoli elementi costitutivi possibili di ossido di cromo e cambiarli atomo per atomo, " Dice Sayres. I risultati mostrano che le proprietà di massa dell'ossido di cromo esistono ancora fino a una scala estremamente ridotta. "Ciò significa che possiamo realizzare nuovi dispositivi con quantità molto piccole di materiale e avere ancora queste eccitanti proprietà elettroniche che gli ossidi di cromo sono conosciuto per."

Oltre a una nuova generazione di dispositivi elettronici familiari, La spintronica basata sull'ossido di cromo può aiutare a spianare la strada all'informatica quantistica.