Gli scienziati dell’IBM hanno sviluppato una tecnica rivoluzionaria per studiare e controllare i fenomeni magnetici a livello atomico. Il nuovo metodo potrebbe diventare uno strumento importante per comprendere il funzionamento dei circuiti informatici e dei componenti dei sistemi di memoria, che nel futuro avranno dimensioni sempre più prossime a quelle dell’atomo, e per sviluppare nuovi materiali e sistemi di calcolo in grado di sfruttare i fenomeni magnetici su scala atomica.
"Abbiamo sviluppato una finestra nel cuore atomico del magnetismo," ha affermato Andreas Heinrich, membro della squadra di ricerca presso il Centro Ricerche IBM Almaden di San Jose, California. "Siamo ora in grado di posizionare gli atomi e quindi misurare e controllare le loro interazioni magnetiche entro strutture progettate con precisione."
Il nuovo metodo, denominato spettroscopia ad eccitazione di spin, utilizza uno speciale microscopio ad effetto tunnel di IBM che effettua le scansioni a bassa temperatura, progettato per essere utilizzato in una vasta gamma di campi magnetici, fino a 140.000 volte più forti di quello terrestre.
I ricercatori prima spostano gli atomi in posizione, e quindi misurano le interazioni tra i loro spin atomici, che sono le fonti fondamentali del magnetismo. Nei loro esperimenti, i ricercatori IBM hanno creato catene costituite da atomi di manganese (fino a 10) su una superficie isolante estremamente sottile e hanno poi misurato in che modo le proprietà magnetiche si modificavano mano a mano che veniva aggiunto un nuovo atomo.
Essi hanno scoperto che le catene con un numero pari di atomi non avevano alcun magnetismo netto, mentre le catene con un numero dispari di atomi mostravano un magnetismo netto. "Questo genere di ricerca esplorativa è essenziale per il futuro a lungo termine dell’industria informatica," ha affermato Gian-Luca Bona, Manager Science and Technology presso il laboratorio Almaden di IBM. "Entro i prossimi vent’anni verrà il momento in cui sarà estremamente difficile continuare a migliorare i transistor ed altri elementi tradizionali dei circuiti microelettronici semplicemente diminuendone le dimensioni. Avremo allora bisogno di di strutture alternative e, forse, di sistemi di calcolo totalmente differenti. Tecniche come queste possono aiutarci ad ottenere le conoscenze necessarie a creare quelle alternative."
Oltre ad esplorare le proprietà di base dei materiali magnetici, i ricercatori IBM si aspettano di poter utilizzare questa nuova tecnica in futuro per:
- esplorare i limiti dello storage magnetico dei dati, organizzando l’energia necessaria a ribaltare l’orientamento collettivo di un piccolo numero di atomi accoppiati magneticamente.
- determinare la fattibilità di cavi basati su spin ed una versione spin della cascata movimento-molecolare (il successo del 2002 del gruppo) che comprendeva una disposizione di molecole che formava un circuito informatico funzionante circa 260.000 volte più piccolo di un circuito convenzionale in silicio (ovvero circa 50 anni di miniaturizzazione dei circuiti secondo la velocità della Legge di Moore).
- indagare in che modo le interazioni di spin così disposte possano essere applicate ai sistemi informatici quantistici, come i computer quantistici.