- La luce può modificare rapidamente il comportamento magnetico, aprendo la strada a sistemi di archiviazione dati molto più veloci
- I ricercatori sono riusciti a controllare magneti più sottili di un capello senza ricorrere a temperature estreme o condizioni critiche
- Gli impulsi laser hanno alterato le proprietà dei magneti fino al quaranta percento operando a temperatura ambiente
La vita digitale moderna dipende strettamente dall'efficienza con cui le informazioni vengono archiviate ed elaborate.
Dagli hard disk ai sistemi informatici di nuova generazione, il magnetismo resta il cuore pulsante di queste tecnologie, poiché governa il modo in cui i bit vengono scritti, trasferiti e conservati.
Gli ingegneri cercano da tempo soluzioni per regolare il comportamento magnetico in modo rapido e preciso, senza dover ricorrere a correnti elettriche che generano calore eccessivo.
Oltre i limiti dei test di laboratorio: verso un'applicazione reale
L'impiego della luce è stato spesso proposto come strumento di controllo alternativo, ma la maggior parte delle sperimentazioni ha richiesto finora condizioni estreme che ne limitano l'applicabilità nel mondo reale. Molti esperimenti precedenti hanno dimostrato che gli impulsi laser possono influenzare le eccitazioni magnetiche, ma solo in materiali massivi, a temperature bassissime o attraverso complessi sistemi laser nel medio infrarosso.
Tali vincoli rendono difficile ipotizzare un'integrazione nell'hardware di uso quotidiano, poiché queste condizioni contrastano con i processi di produzione su larga scala e il normale funzionamento dei dispositivi. In questo scenario, un team di ricercatori tedeschi, svizzeri e italiani ha recentemente presentato i risultati di uno studio sperimentale che suggerisce come questi limiti non siano insormontabili.
Lo studio, pubblicato su Nature Communications, analizza la possibilità di regolare otticamente le eccitazioni magnetiche in materiali ultrasottili operanti a temperatura ambiente e sotto campi magnetici moderati. La ricerca si concentra su un film nanometrico di granato di ittrio e ferro sostituito con bismuto, cresciuto su un substrato cristallino che introduce una sollecitazione meccanica (strain) nella pellicola.
Questa sollecitazione forza la magnetizzazione a orientarsi fuori dal piano, creando uno stato magnetico ben definito prima dell'eccitazione. Utilizzando tecniche di pump-probe a femtosecondi, i ricercatori hanno monitorato la risposta della magnetizzazione dopo che il materiale è stato colpito da brevi impulsi di luce visibile. Poiché l'energia dei fotoni supera il band gap del materiale, l'effetto prevalente è il riscaldamento indotto dal laser piuttosto che un'eccitazione risonante selettiva.
Il team ha applicato un campo magnetico esterno inferiore a 200 mT per controllare la configurazione magnetica iniziale. In queste condizioni, gli studiosi hanno osservato che gli impulsi laser possono aumentare o diminuire la frequenza dei magnoni coerenti fino al 40%. I magnoni rappresentano oscillazioni collettive degli spin e la loro frequenza determina come l'informazione magnetica si propaga attraverso un materiale.
La direzione della variazione di frequenza dipende sia dal campo magnetico applicato che dalla fluenza del laser. Campi più deboli hanno favorito riduzioni di frequenza con una fluenza moderata, mentre campi più intensi hanno portato a incrementi di frequenza all'aumentare della forza di eccitazione. I ricercatori descrivono questo fenomeno come una sintonizzazione della frequenza dei magnoni coerenti indotta dal laser "on-demand", in un magnete nanometrico a temperatura ambiente.
Modelli e simulazioni indicano che l'effetto non deriva da interazioni non lineari causate da grandi popolazioni di magnoni. Al contrario, nasce da un equilibrio tra l'anisotropia magnetica e il campo esterno, temporaneamente alterato dal riscaldamento ottico. In parole semplici, i ricercatori hanno trovato il modo di usare brevi lampi di luce per regolare il comportamento magnetico in un materiale più sottile di un capello mentre opera a temperatura ambiente.
Ciò lascia intravedere un futuro in cui i componenti magnetici nei computer aziendali e nei dispositivi di archiviazione potranno essere regolati in modo più rapido e con un minor consumo energetico.
