Il magnetismo e l’elettricità sono collegati insieme in molti modi strani e meravigliosi, incluso l’affascinante effetto magnetoelettrico che si nota in alcuni cristalli, dove le proprietà elettriche di un cristallo possono essere influenzate da un campo magnetico e viceversa.
Ora le cose sono diventate ancora più strane, perché gli scienziati hanno scoperto un nuovissimo effetto magnetoelettrico in un cristallo simmetrico, e la cosa non dovrebbe essere possibile. L’effetto è stato trovato in un tipo specifico di cristallo chiamato langasite, che è costituito da lantanio, gallio, silicio e ossigeno, più atomi di olmio. È importante sottolineare che questo particolare cristallo ha una struttura simmetrica, che si pensa escluda la possibilità di un collegamento tra magnetismo ed elettricità.
“Il fatto che le proprietà elettriche e magnetiche di un cristallo siano accoppiate o meno dipende dalla simmetria interna del cristallo“, afferma il fisico Andrei Pimenov, dell’Università di tecnologia di Vienna (TU Wien) in Austria. “Se il cristallo ha un alto grado di simmetria, ad esempio, se un lato del cristallo è esattamente l’immagine speculare dell’altro lato, allora per ragioni teoriche non può esserci alcun effetto magnetoelettrico“.
In questo caso era diverso: non solo il cristallo simmetrico era in grado di produrre un effetto magnetoelettrico, ma l’effetto era di un tipo mai visto prima.
Gli scienziati dicono che mentre la simmetria è stata mantenuta in senso geometrico, il magnetismo degli atomi di olmio ha rotto la simmetria, consentendo un effetto che ha virato nel regno della fisica quantistica.
Questa rottura significa che è possibile la polarizzazione, dove le cariche positive e negative nel cristallo si spostano leggermente. Questo è facilmente realizzabile tramite un campo elettrico, ma, con la langasite, potrebbe essere fatto anche con un campo magnetico, e la chiave si è rivelata essere la forza del campo magnetico.
“La struttura cristallina è così simmetrica che in realtà non dovrebbe consentire alcun effetto magnetoelettrico“, afferma Pimenov . “E nel caso di campi magnetici deboli non c’è davvero alcun accoppiamento con le proprietà elettriche del cristallo“.
“Ma se aumentiamo la forza del campo magnetico, accade qualcosa di straordinario: gli atomi di olmio cambiano il loro stato quantistico e acquisiscono un momento magnetico. Questo rompe la simmetria interna del cristallo“.
Mentre la langasite ha mostrato una relazione lineare tra polarizzazione e intensità del campo magnetico, che è normale, la relazione tra polarizzazione e direzione del campo magnetico non era affatto normale, era fortemente non lineare. Questo è l’aspetto nuovissimo, che solo un piccolo cambiamento nella rotazione del campo magnetico potrebbe creare un grande cambiamento nell’effetto di polarizzazione elettrica.
Il prossimo passo per i ricercatori sarà vedere se questo effetto appena scoperto funziona anche nella direzione opposta, cambiando le proprietà magnetiche con un campo elettrico.
Potrebbe sembrare fisica di alto livello, e lo è , ma ci sono applicazioni del mondo reale in termini di salvataggio e archiviazione dei dati del computer. L’effetto magnetoelettrico è importante anche per vari tipi di tecnologie di sensori.
“Nelle memorie magnetiche come i dischi rigidi dei computer, i campi magnetici sono necessari“, afferma Pimenov . “Sono generati con bobine magnetiche, che richiede una quantità relativamente grande di energia e tempo. Se ci fosse un modo diretto per scambiare le proprietà magnetiche di una memoria a stato solido con un campo elettrico, questo sarebbe un passo avanti“.
