Propagazione delle valanghe nei magneti governata da una legge quantistica
Un gruppo di ricercatori europei ha svelato un nuovo fenomeno fisico macroscopico governato dalle leggi della quantistica, la deflagrazione magnetica quantistica. La scoperta, pubblicata dalla rivista americana "Physical Review Letters", potrebbe portare ad applicazioni future di tecnologia quantistica e di nanoinformatica. Il gruppo, guidato da Javier Tejada, professore di fisica fondamentale all'Università di Barcellona, e Paul Santos, ricercatore dell'Istituto Paul Drude di Berlino, hanno reso nota l'induzione controllata di valanghe di inversione della magnetizzazione nell'acetato Mn12. L'acetato Mn12 è un materiale ampiamente utilizzato per studiare l'effetto tunnel quantistico, nonché un candidato per l'utilizzo nell'immagazzinamento della memoria magnetica e nell'informatica quantistica. Dagli anni Novanta è noto che i magneti delle dimensioni di una molecola che costituiscono un cristallo magnetico possono invertire improvvisamente i loro spin se viene loro applicato un campo magnetico, e che il processo di inversione dei poli si verifica nelle cosiddette valanghe magnetiche. All'inizio di quest'anno, la ricercatrice Myriam P. Sarachik e Yoko Suzuki, dottoranda presso il City College della City University of New York (CUNY), hanno ideato un esperimento volto a monitorare le valanghe magnetiche. Hanno scoperto che l'inversione della magnetizzazione dei cristalli di acetato Mn12, in caso di esposizione a una fonte di calore, si svolge in modo analogo alla propagazione del fronte delle fiamme attraverso una sostanza chimica infiammabile. Il fenomeno è stato denominato "deflagrazione magnetica". Il gruppo guidato dai professori Tejada e Santos ha ora reso nota l'induzione controllata della magnetizzazione in un singolo cristallo di acetato Mn12. I ricercatori hanno scoperto che la velocità di propagazione alla quale si invertono i poli della bussola segue una legge determinata dalla meccanica quantistica. Se a ciò si uniscono le prove della deflagrazione magnetica nell'acetato Mn12, si intuisce la presenza di un nuovo fenomeno fisico: la deflagrazione assistita dall'effetto tunnel quantistico. In altre parole, e contrariamente alle aspettative, si tratta di un effetto macroscopico governato da una legge quantistica. Il professor Tejada ha osservato che per meglio comprendere il concetto di deflagrazione magnetica, si potrebbe fare un confronto tra la combustione chimica e il fenomeno noto come combustione magnetica. La combustione chimica implica una reazione tra una sostanza (il carburante) e un gas (l'agente ossidante), che comporta il rilascio di una grande quantità di calore. In una reazione di combustione completa i componenti del materiale interagiscono con l'agente ossidante per generare nuovi componenti (combustibile bruciato). La deflagrazione è un processo di combustione lento governato dalla conduttività termica e si propaga più lentamente della velocità del suono. Il professor Tejada ha spiegato che l'esempio più semplice è quello di un pezzo di carta riscaldato con un accendino ad un'estremità: "uno strato di carta brucia e riscalda lo strato successivo finché non si brucia l'intero pezzo di carta. Ciò che viene propagato e bruciato è la fiamma, mentre ciò che rimane sono le ceneri". L'esempio può essere replicato utilizzando materiali magnetici aventi tutti i poli allineati nella stessa direzione, come per esempio un materiale composto da bussole molto piccole, tutte con il polo nord rivolto verso l'alto: quando si applica un campo magnetico nella direzione opposta, i poli della bussola dovrebbero ruotare lentamente fino ad essere tutti allineati e rivolti verso il basso. Se lanciassimo microonde acustiche sul materiale per riscaldarlo, in una determinata area del materiale il calore sarebbe sufficiente a indurre i poli della bussola a invertire la loro direzione. Tale parte del materiale riscalderebbe poi le aree circostanti in modo da scatenare la medesima reazione, mentre i poli della bussola si invertirebbero; la propagazione proseguirebbe fino all'allineamento verso il basso (l'opposto dell'orientamento iniziale) di tutti gli spin. L'inversione dei poli è prodotta dall'effetto tunnel del momento magnetico, che è un effetto quantistico. Il professor Tejada ha spiegato al Notiziario CORDIS che la scoperta deriva in parte dal lavoro e dalla conoscenza acquisita nel contesto del progetto NANOMAGIQC finanziato dall'Unione, che si è concluso nel gennaio 2005. è stata la prima indagine dettagliata sulle prospettive derivanti dalla combinazione di dispositivi nanotecnologici e di sistemi quantistici per le informazioni e l'immagazzinamento quantistico. Sulla base dei risultati raggiunti, il gruppo di ricerca ha ora chiesto un finanziamento per un nuovo progetto europeo, a titolo dell'attività sulle scienze e tecnologie nuove ed emergenti (NEST) del Sesto programma quadro. Tale progetto permetterebbe di svolgere attività di ricerca sulla superradianza, un effetto e applicazione tecnologica correlata alla deflagrazione magnetica quantistica.
Paesi
Spagna