Controllo elettrico del magnetismo per i nuovi dispositivi
L'elettronica tradizionale si basa principalmente sul concetto di carica di elettroni. La spintronica, nota anche con il nome di magnetoelettronica, ruota invece attorno alla proprietà quantistica degli elettroni ("spin") e al conseguente magnetismo. Nello specifico, tale disciplina sfrutta le due direzioni che caratterizzano lo spin di ciascun elettrone: verso l'alto o verso il basso (che ricorda i bit uno e zero) per immagazzinare informazioni ed eseguire operazioni logiche. Questi dispositivi, che rappresentano soluzioni all'avanguardia nel settore delle nuove tecnologie, offrono prestazioni migliori in termini di memoria, di velocità, di consumo energetico e altro ancora. In tale contesto, i ricercatori hanno avviato il progetto Namaste ("Nanostructured magnetic materials for nanospintronics"), finanziato dall'UE, allo scopo di controllare e di manipolare le proprietà di nanoscala dei materiali magnetici, spianando in tal modo la strada allo sviluppo di nuovi dispositivi magnetoelettronici e spintronici. Sono stati compiuti importanti progressi in numerose aree che hanno condotto a varie pubblicazioni su riviste a elevato impatto, tra cui "Nature". Nell'ambito dell'iniziativa, incentrata sugli effetti piezoelettrici (generazione di elettricità in materiali soggetti a stress meccanico) e sul controllo delle deformazioni, sono state utilizzate tecniche per il monitoraggio di tali fenomeni a livello locale tese a dimostrare il pieno controllo di anisotropie locali all'interno di nanostrutture ferromagnetiche. Gli scienziati si sono serviti di deformazioni piezoelettriche per il controllo dell'orientamento della magnetizzazione e delle dinamiche delle pareti di dominio nei semiconduttori ferromagnetici. Tali strumenti sono stati inoltre utilizzati per il monitoraggio del campo coercitivo in stack di materiali ferromagnetici metallici/piezoelettrici e per la primissima dimostrazione del trasferimento non volatile e indotto da tensione della magnetizzazione in un metallo all'interno di un campo magnetico pari a zero a temperatura ambiente. La ricerca condotta nell'ambito dell'iniziativa Namaste ha generato numerose scoperte nel campo della spintronica, tra cui ad esempio un nuovo effetto fisico noto con il nome di risonanza ferromagnetica indotta dalla corrente, che è stato utilizzato per la misurazione delle costanti anisotrope magnetiche di singole nanostrutture magnetiche. Gli scienziati hanno chiarito la natura dell'effetto di magnetoresistenza anisotropa del blocco di Coulomb, effettuando le prime misurazioni delle anisotropie chimiche potenziali di un materiale ferromagnetico. È stato infine dimostrato per la prima volta l'effetto tunnel della magnetoresistenza anisotropa a temperatura ambiente e il relativo utilizzo all'interno di dispositivi antiferromagnetici. I possibili utilizzi della spintronica sono molteplici e riguardano le operazioni principali legate all'elaborazione di informazioni, tra cui archiviazione, memorie, processori e optoelettronica. Gli enormi progressi in termini di tecniche e di manipolazione relative al magnetismo mediante approcci teorici, lo sviluppo di nuovi materiali e le caratterizzazioni su scala atomica hanno ampliato gli orizzonti di una nuova generazione di dispositivi ad alta tecnologia.
