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Un altermagnete potrebbe rendere più facile guidare gli elettroni
Un gruppo guidato dal fisico Pengcheng Dai della Rice University ha sottoposto un cristallo di tellururo di manganese a una trazione controllata lungo una sola direzione. Il materiale, indicato con la formula MnTe, è stato così portato in uno stato con un solo dominio magnetico. I ricercatori hanno potuto distinguere la sua struttura interna e modificare la risposta degli elettroni usando uno stimolo meccanico invece di una variazione di temperatura. Il risultato, pubblicato su Physical Review X, apre una strada sperimentale verso memorie e circuiti più compatti e con minori perdite termiche.
L’altermagnetismo viene descritto come un terzo tipo di magnetismo, potenzialmente capace di combinare proprietà utili dei ferromagneti e degli antiferromagneti. Nel MnTe esaminato dal gruppo, la simmetria esagonale favorisce la formazione di più regioni equivalenti, nelle quali l’ordine magnetico assume direzioni differenti. I segnali prodotti da queste regioni si sovrappongono e possono nascondere il comportamento intrinseco del materiale. Ottenere un dominio magnetico singolo ha permesso di separare quel comportamento dal rumore generato dagli altri domini.
Per selezionare una sola regione, il gruppo ha applicato una deformazione uniaxiale, allungando il campione in una direzione precisa. Vicino a 230 K, circa -43 °C, la regolazione della tensione meccanica ha anche invertito la polarità dell’effetto Hall anomalo. Questo fenomeno produce una tensione laterale quando una corrente attraversa un materiale magnetico: cambiarne il segno significa controllare il verso della risposta elettronica trasversale.
Le interazioni magnetiche sono rimaste in gran parte invariate durante l’esperimento. Secondo i ricercatori, l’inversione deriverebbe quindi dai cambiamenti indotti nella curvatura di Berry, una proprietà geometrica degli stati quantistici elettronici che influenza il movimento delle cariche nel cristallo. Le simulazioni indicano inoltre che un 1% di deformazione potrebbe produrre un effetto paragonabile a quello ottenuto cambiando la temperatura di 150 K, evitando escursioni termiche difficili da gestire in un dispositivo.
Per chi segue l’hardware, una leva meccanica capace di regolare direttamente una risposta elettronica offre un possibile strumento di progettazione per il trasporto di spin. Lo studio riguarda la spintronica, non i qubit, ma si colloca nella ricerca di piattaforme basate sulle proprietà quantistiche dei materiali; il necessario confronto tra risultati sperimentali e applicazioni si ritrova anche nella nostra analisi sulla solidità delle scoperte nel quantum computing.
La conseguenza pratica, se il controllo fosse riprodotto in componenti miniaturizzati, sarebbe la possibilità di commutare il comportamento elettronico senza riscaldare o raffreddare drasticamente il materiale. Futuri chip spintronici potrebbero così lavorare a frequenze più elevate, dissipare meno energia durante il trasferimento delle informazioni e integrare celle di memoria più dense. Smartphone e computer ne beneficerebbero in autonomia e gestione termica, ma lo studio non presenta ancora un processore o una memoria funzionante.
Il risultato rimane infatti un esperimento su un materiale specifico e in condizioni criogeniche. Servono verifiche indipendenti, misure di stabilità dopo molti cicli e tecniche per applicare la deformazione dentro strutture compatibili con la produzione dei semiconduttori. Bisognerà inoltre ottenere un controllo analogo a temperature più vicine a quelle operative dei dispositivi. La riduzione del calore e l’aumento dell’autonomia restano quindi prospettive plausibili per gli anni futuri, non prestazioni già dimostrate su hardware commerciale.
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