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Oscillazioni su nanoscala in nuove applicazioni

Le onde di magnetizzazione oscillanti presentano grandi potenzialità di memoria ed elaborazione delle informazioni. Gli scienziati finanziati dall’UE le hanno studiate e sfruttate in modelli ispirati alla biologia, sistemi e dispositivi sperimentali.
Oscillazioni su nanoscala in nuove applicazioni
Gli oscillatori a coppia rotante (spin torque oscillator, STO) sono innovativi dispositivi oscillanti su nanoscala basati su tecnologie spintroniche e rovesciamento periodico della magnetizzazione. Le loro dimensioni ridotte e un’elevata regolabilità le rendono molto interessanti per numerose applicazioni, tra cui quelle meno convenzionali. Tuttavia, i meccanismi sono ancora poco conosciuti e la loro comprensione è un prerequisito per l’utilizzo.

Gli scienziati finanziati dall’UE hanno avviato il progetto SPINTORQOSC (“Spin torque oscillators with applications in non digital computing science and communications”) per migliorare le conoscenze e facilitare l’implementazione dei calcoli ispirati dalla biologia nelle nanostrutture. Si sono concentrati sulle eccitazioni delle onde di spin nei film sottili ferromagnetici, un fenomeno che supporta nuovi tipi di elaborazione delle informazioni.

Il team ha avuto lo scopo di implementare i calcoli relativi ai fronti d’onda utilizzando onde di spin analoghi ai calcoli fatti dal cervello, che sfrutta l’attività oscillatoria elettrica periodica. Le onde di spin o magnoni sono eccitazioni collettive elementari di spin, in cui lo spin è il momento angolare inerente a tutte le particelle elementari. Negli STO si mantengono oscillazioni con magnetizzazione di grande importanza.

Il lavoro teorico ha portato al raggiungimento del primo obiettivo e alle pubblicazioni di un modello per l’implementazione dei calcoli ispirati biologicamente con fronti d’onda in nano strutture. Gli scienziati hanno proposto un concetto costituito da film sottili ferromagnetici in cui le onde di spin si propagano e i nanocontatti (STO) contattano i film ed eccitano le dinamiche della magnetizzazione. Così, gli STO creano schemi di onde di spin e, contemporaneamente, rilevano le onde di spin in ingresso.

Il lavoro sperimentale ha portato alla fabbricazione di dispositivi STO su film sottili elettromagnetici e alla dimostrazione dell’attività d’onda al loro interno misurata elettricamente. Il team ha inoltre analizzato vari metodi per l’imaging e il controllo delle onde di spin, incluso l’uso di due diversi sincrotroni e di semiconduttori organici.

L’accoppiamento tra film sottili magnetici e i semiconduttori organici ha portato alla scoperta di un nuovo effetto, la trasduzione di un segnale magnetico in un segnale ottico tramite elettroluminescenza nel semiconduttore organico. I ricercatori si sono inoltre concentrati su magneti unimolecolari e sulla fabbricazione di diversi dispositivi STO.

I risultati di SPINTORQOSC sono stati pubblicati in numerosi articoli all’interno di riviste scientifiche specializzate prestigiose. Grazie alla teoria e alla sperimentazione, gli scienziati hanno approfondito la loro conoscenza degli STO e i loro meccanismi e controllo. Lo sfruttamento in innovativi dispositivi è dietro l’angolo.

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Keywords

Magnetizzazione, oscillatore a coppia rotante, informatica, onda di spin, film sottili ferromagnetici