Elettronica, nuova tecnica di fabbricazione ideata a Milano

Onde di spin in nanocircuiti magnetici: sviluppata una nuova tecnica di nanofabbricazione di componenti elettronici.

La fabbricazione di sensori, memorie e microprocessori di dimensioni nanometriche è di prima importanza per il futuro dell'elettronica. Il Politecnico di Milano e in particolare il Polifab, il suo nuovo centro per la micro e nanofabbricazione, ha messo a punto una nuova tecnologia per sviluppare microchip magnetici non convenzionali, che sfruttano lo spin dell'elettrone oltre alla sua carica. Ne parla Nature Nanotechnology.

La tecnica "Thermally assisted magnetic scanning probe lithography" (tam-SPL) permette di plasmare, in nanoscala, i film magnetici inseriti nei microchip come se si stesse scrivendo su una lavagna, con la possibilità di modificare, cancellare e riscrivere le tracce desiderate: il materiale su cui si agisce non subisce alcuna modifica fisico-chimica e, in tal modo, il lavoro di scrittura è completamente reversibile e riconfigurabile.

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I vantaggi della nuova metodica sono legati alla possibilità di realizzare materiali, strutture e dispositivi magnetici con una flessibilità finora non disponibile. Essa può essere applicata per la produzione di nuovi dispositivi, basati su elementi attivi magnetici, che aggiungono nuove funzionalità ai circuiti elettronici convenzionali contenuti nei microchip.

La tecnica è completamente diversa da quelle convenzionali che prevedono di "ritagliare" delle aree con una forma definita mediante tecniche di litografia classica (ottica o elettronica) associate a un'asportazione delle zone superflue. Nel caso della nuova tecnologia la scrittura delle strutture desiderate avviene con un ciclo di riscaldamento e raffreddamento estremamente localizzato, prodotto dalla punta calda di un microscopio a forza atomica che effettua una scansione solo nella zona predefinita. 

Un campo magnetico esterno determina la direzione nella quale il trattamento riesce a fissare la magnetizzazione del materiale, in modo da scrivere configurazioni magnetiche che non si potrebbero realizzare in altro modo. Per dimostrare le potenzialità del metodo sono stati fabbricati a Polifab dei dispositivi con guide rettangolari per la propagazione di onde di spin (magnoni), tracciate mediante la nuova tecnica, accoppiate a un'antenna coplanare per l'eccitazione delle stesse mediante microonde.

Le onde di spin, che sono l'analogo delle onde elettromagnetiche o acustiche nel campo del magnetismo, possono avere delle lunghezze d'onda molto ridotte, fino a decine di nanometri, una caratteristica che consente di usarle per sviluppare sistemi di elaborazione dell'informazione integrati in nanocircuiti e con bassa dissipazione energetica.

Grazie alla collaborazione con ricercatori CNR di Perugia, è stato possibile verificare il funzionamento di tali guide fabbricate con la nuova tecnica. Ciò costituisce la dimostrazione di una delle possibilità della nuova metodologia di nanofabbricazione, ma altre applicazioni sono in fase di sviluppo nel campo dei circuiti logici magnetici e dell'elettronica di spin.

La ricerca è stata sviluppata dal gruppo del Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano guidato da Riccardo Bertacco, in particolare da Edoardo Albisetti e Daniela Petti. È frutto di una collaborazione con ricercatori internazionali del Georgia Institute of Technology (Atlanta), CUNY-ASRC (New York), CIC nanoGUNE (Donostia-San Sebastian), CNR-IOM (Perugia) e University of Illinois Urbana-Champaign (Urbana).

Al momento è stata depositata una domanda di brevetto congiunta Politecnico di Milano - Georgia Institute of Technology a protezione delle possibili ricadute tecnologiche dell'invenzione.

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