Ai limiti del magnetismo

Un team di ricercatori guidato da scienziati dell'ETH di Zurigo, dell'EPFL e dell'IBM ha creato in laboratorio magneti estremamente piccoli, forti e stabili. Questi sono costituiti da un singolo atomo di cobalto posto su una superficie di ossido di magnesio sottilissima. "Il nostro obiettivo era quello di utilizzare un sistema modello per dimostrare i limiti della miniaturizzazione dei magneti", spiega Pietro Gambardella, professore di magnetismo e fisica delle interfacce all'ETH di Zurigo. ? uno dei responsabili dello studio appena pubblicato sulla rivista "Science".

Gli scienziati hanno prodotto i magneti a singolo atomo depositando a vapore una minuscola quantità di cobalto su una superficie di ossido di magnesio in modo che singoli atomi di cobalto si attaccassero alla superficie. Per descrivere le proprietà fisiche dei magneti, i ricercatori li hanno esaminati utilizzando un microscopio a scansione di tunnel e il sincrotrone dell'Istituto Paul Scherrer. Queste misurazioni hanno mostrato che il sistema con gli atomi di cobalto isolati sull'ossido di magnesio è tre volte più forte per atomo rispetto a un magnete fatto di cobalto metallico puro.

Sistema modello per l'archiviazione delle informazioni

Inoltre, i magneti a singolo atomo sono estremamente stabili contro le influenze esterne, un requisito fondamentale per le applicazioni tecnologiche: per cambiare la loro polarità, è necessario spendere un'energia mille volte maggiore per atomo - gli scienziati parlano di energia di anisotropia magnetica - rispetto al metallo cobalto puro. "Il nostro sistema ha la più alta energia di anisotropia magnetica per atomo possibile per i cosiddetti metalli di transizione, cioè i materiali con cui vengono solitamente realizzati i magneti", spiega Gambardella.

Infine, i ricercatori sono riusciti anche a descrivere in dettaglio quali leggi della fisica quantistica giocano un ruolo in questi magneti in miniatura. Nel mondo quantistico, gli effetti sono spesso di breve durata. La magnetizzazione del loro sistema a singolo atomo viene mantenuta a basse temperature per 200 microsecondi, un tempo relativamente lungo e un record per i metalli di transizione. "Ci sono limiti fisici alla miniaturizzazione dovuti alla struttura atomica della materia. Nel nostro lavoro abbiamo dimostrato che è possibile produrre componenti magnetici stabili a partire da singoli atomi, cioè dalla struttura più piccola possibile", afferma l'ETH.

In definitiva, il sistema modello utilizzato è quello della miniaturizzazione dei supporti di memorizzazione MRAM (Magnetoresistive Random Access Memory), spiega Gambardella. Si tratta di una classe di supporti di memorizzazione su cui le informazioni possono essere memorizzate in modo permanente senza che debbano essere costantemente aggiornate, come nel caso delle memorie RAM integrate nei PC. Oggi le MRAM sono utilizzate in applicazioni speciali, ad esempio nei sistemi di controllo degli aerei e dei satelliti, grazie alla loro resistenza alle radiazioni cosmiche. Tuttavia, l'industria si sta impegnando per rendere la MRAM pronta per un uso diffuso nei PC.