Meroni scoperti in antiferromagneti sintetici

I ricercatori hanno scoperto meroni negli antiferromagneti sintetici, facendo avanzare il campo della spintronica verso un’informatica più efficiente, compatta e sostenibile.

I meroni aprono la strada a nuove tecnologie

Un team di ricercatori guidato dal fisico Laurens W. Molenkamp dell’Università di Würzburg in Germania ha fatto una scoperta rivoluzionaria nel campo dei materiali magnetici. Sfruttando un materiale artificiale chiamato antiferromagnete sintetico, il team ha osservato un comportamento mai visto prima che potrebbe aprire la strada a nuove tecnologie rivoluzionarie.

Per la prima volta, team provenienti da Germania e Giappone hanno identificato con successo formazioni di spin topologiche collettive note come meroni all’interno di antiferromagneti sintetici stratificati.

I nostri dispositivi elettronici di uso quotidiano, come le luci del soggiorno, le lavatrici e i televisori, funzionano grazie alla corrente elettrica. Allo stesso modo, il funzionamento dei computer si basa sulla manipolazione delle informazioni da parte di piccoli portatori di carica noti come elettroni. La spintronica, d’altro canto, introduce un approccio unico a questo processo.

Invece della carica degli elettroni, l’approccio spintronico consiste nello sfruttare il loro momento magnetico, in altre parole, la loro rotazione, per archiviare ed elaborare informazioni, con l’obiettivo di rendere i computer del futuro più compatti, veloci e sostenibili.

Un modo di elaborare le informazioni basato su questo approccio consiste nell’utilizzare i vortici magnetici chiamati skyrmion o, in alternativa, i loro cugini ancora poco compresi e più rari chiamati “meroni”. Entrambe sono strutture topologiche collettive formate da numerosi spin individuali.

I meroni finora sono stati osservati solo negli antiferromagneti naturali, dove sono difficili sia da analizzare che da manipolare.

Trovare meroni negli antiferromagneti sintetici

Lavorando in collaborazione con i team dell’Università Tohoku in Giappone e dell’ALBA Synchrotron Light Facility in Spagna, i ricercatori dell’Università Johannes Gutenberg di Magonza (JGU) sono stati i primi a dimostrare la presenza di meroni negli antiferromagneti sintetici e quindi nei materiali che possono essere prodotti utilizzando tecniche di deposizione standard.

Il dottor Robert Frömter, fisico della JGU ha dichiarato: “Siamo stati in grado di ideare un nuovo habitat per quella che è una specie nuova e molto ‘timida’”. Il risultato della ricerca prevede la progettazione di antiferromagneti sintetici in modo tale che al loro interno si formino meroni, nonché il rilevamento deglii stessi.

Per mettere insieme i materiali corrispondenti costituiti da più strati, i ricercatori hanno intrapreso simulazioni approfondite e condotto calcoli analitici delle strutture di spin in collaborazione con un gruppo teorico della JGU. L’obiettivo è stato determinare lo spessore ottimale di ogni strato e il materiale adatto per facilitare l’ospitazione dei meroni e comprendere i criteri per la loro stabilità.

Conclusioni

Insieme al lavoro teorico, il team ha portato avanti esperimenti per affrontare queste sfide. Mona Bhukta, dottoranda presso l’Istituto di fisica della JGU ha spiegato: “Con l’aiuto della microscopia a forza magnetica insieme alla meno familiare microscopia elettronica a scansione con analisi della polarizzazione, abbiamo identificato con successo i meroni nei nostri antiferromagneti sintetici. Siamo così riusciti a fare un passo avanti verso la potenziale applicazione degli stessi”.

Il professor Mathias Kläui, capo del gruppo di ricerca, è entusiasta dell’opportunità di collaborare con l’Università di Tohoku, una delle principali istituzioni giapponesi nel campo della spintronica, e ha affermato: “Da più di dieci anni svolgiamo attività congiunte – con il sostegno del Servizio tedesco per lo scambio accademico (DAAD) e di altri progetti, il primo dottorato di ricerca supervisionato congiuntamente. Il candidato nell’ambito dell’accordo di cooperazione con Tohoku ha conseguito la laurea, superandola con lode.”

Questa scoperta è un passo avanti importante nello sviluppo della spintronica e potrebbe avere un impatto significativo sulla tecnologia del futuro. La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Nature Communications.