Riassunto:
Un gruppo di ricerca presso l'Oak Ridge National Laboratory (ORNL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti ha annunciato di aver scoperto un nuovo modo per controllare il magnetismo senza modificare la composizione chimica del materiale. La ricerca ha dimostrato che applicando solo una leggera sollecitazione meccanica, è possibile modificare la struttura magnetica all'interno di alcuni materiali cristallini e influenzarne ulteriormente le proprietà di trasporto degli elettroni. Si prevede che questa scoperta aprirà nuove strade tecnologiche per lo sviluppo di dispositivi spintronici di prossima generazione.
I ricercatori si sono concentrati su un nuovo tipo di materiale magnetico chiamato "magneti alternati". Questo tipo di materiale è diventato negli ultimi anni una direzione importante nella ricerca di dispositivi elettronici avanzati grazie alle sue proprietà magnetiche e caratteristiche elettroniche uniche. Il gruppo di ricerca ha utilizzato fasci di neutroni per osservare i materiali su scala atomica e ha scoperto che la deformazione meccanica può riadattare la struttura dell’ordine magnetico nel materiale e modificare la risposta elettrica correlata al trasporto degli elettroni.
Risultati di ricerca rilevanti sono stati pubblicati in due riviste accademiche, "Physical Review X" e "Advanced Materials". I risultati suggeriscono che applicare fisicamente lo stress ai materiali potrebbe essere un nuovo modo per controllare il magnetismo in futuro, senza la necessità di drogare o modificare la composizione chimica del materiale per modificarne le proprietà.
Durante l'esperimento, i ricercatori hanno inserito minuscoli cristalli di tellururo di manganese e solfuro di ferro tra due piastre di titanio e hanno applicato una pressione meccanica. Hanno quindi utilizzato il fascio di neutroni prodotto dalla sorgente di neutroni di spallazione presso l’Oak Ridge National Laboratory per condurre esperimenti di diffrazione di neutroni per studiare l’effetto della deformazione sulla struttura del dominio magnetico interno del materiale.
I risultati sperimentali mostrano che una leggera compressione modifica le proporzioni relative occupate dai diversi domini magnetici. I domini magnetici sono aree con diverse direzioni di ordinamento magnetico all'interno del materiale e i cambiamenti nella loro distribuzione influenzeranno direttamente le prestazioni magnetiche complessive del materiale. Allo stesso tempo, il gruppo di ricerca ha anche osservato cambiamenti nell’effetto Hall anomalo. Questo fenomeno elettrico produce una tensione perpendicolare alla direzione del flusso di corrente e le sue variazioni illustrano un legame diretto tra l'adattamento della struttura magnetica e il comportamento del trasporto degli elettroni. Dai Pengcheng, professore alla Rice University ed ex scienziato dei neutroni presso l'Oak Ridge National Laboratory, ha affermato che controllando la struttura del dominio magnetico, i ricercatori possono influenzare direttamente le proprietà di trasporto degli elettroni del materiale, il che crea nuove possibilità per esplorare l'applicazione di materiali correlati nel campo della spintronica.
I magneti alternati hanno attirato molta attenzione perché le loro speciali proprietà magnetiche combinano alcuni dei vantaggi dei tradizionali ferromagneti e antiferromagneti. La tecnologia spintronica spera di utilizzare non solo le informazioni sulla carica trasportate dagli elettroni, ma anche lo spin degli elettroni per completare le attività di archiviazione ed elaborazione delle informazioni. Si prevede che questo metodo raggiunga una velocità più elevata e una modalità di elaborazione delle informazioni con un consumo energetico inferiore rispetto alla tecnologia elettronica tradizionale.
Il team di ricerca ha sottolineato che questa scoperta ha stabilito una connessione diretta tra deformazione meccanica, struttura del dominio magnetico e comportamento di trasporto degli elettroni, dimostrando che le proprietà magnetiche ed elettriche dei materiali possono essere regolate attraverso la semplice deformazione fisica. Se in futuro le tecnologie pertinenti potranno essere ulteriormente migliorate, ciò potrebbe promuovere lo sviluppo di nuove memorie a basso consumo, apparecchiature informatiche ad alte prestazioni e dispositivi elettronici avanzati.
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