Svolta nei Materiali Quantistici: Ricercatori Tedeschi Scoprono uno Stato Magnetico 'Super-Moiré' che Apre la Strada allo Storage Dati Ultra-Denso

Germania - Agenzia stampa Ekhbary

Svolta nei Materiali Quantistici: Ricercatori Tedeschi Scoprono uno Stato Magnetico 'Super-Moiré' che Apre la Strada allo Storage Dati Ultra-Denso

In un significativo passo avanti verso lo storage dati di prossima generazione e la spintronica, un team di ricercatori guidato dall'Università di Stoccarda ha svelato una scoperta rivoluzionaria nel campo dei materiali bidimensionali (2D). Il loro lavoro, pubblicato il 2 febbraio sulla prestigiosa rivista Nature Nanotechnology, descrive l'identificazione di uno stato magnetico "super-moiré" senza precedenti all'interno di strutture di triioduro di cromo a doppio strato attorcigliato. Questa nuova configurazione magnetica, caratterizzata da texture di spin a lungo raggio che trascendono il modello moiré intrinseco del materiale, promette enormemente per lo sviluppo di dispositivi di memoria magnetica ultra-densi ed energeticamente efficienti.

La ricerca di soluzioni di archiviazione dati sempre più piccole, veloci ed efficienti ha a lungo guidato la scienza dei materiali. I dischi rigidi tradizionali e persino le moderne unità a stato solido affrontano limitazioni fisiche. L'avvento dei materiali di van der Waals attorcigliati ha aperto una nuova frontiera. Questi materiali sono costituiti da strati atomicamente sottili che possono essere impilati e ruotati con minuscoli offset angolari. Una torsione così precisa genera superreticoli moiré – modelli periodici molto più grandi del reticolo atomico – che alterano drasticamente le proprietà elettroniche e magnetiche del materiale. Questo campo ha visto un'impennata dell'interesse di ricerca negli ultimi anni grazie al suo potenziale per sbloccare stati di materia e funzionalità completamente nuovi.

Utilizzando tecniche avanzate di imaging magnetico su nanoscala, in particolare la magnetometria a centri azoto-vacanza a scansione, il team guidato da Stoccarda ha osservato meticolosamente queste intricate texture magnetiche a temperature criogeniche. A differenza degli stati magnetici "moiré-locked" precedentemente riportati, che sono confinati a configurazioni di impilamento specifiche, questi modelli appena scoperti mostrano un'organizzazione di ordine superiore. Sono "super-moiré" perché riorganizzano il magnetismo su una scala di lunghezza significativamente più grande, disaccoppiandosi dal modello moiré geometrico sottostante. Questo disaccoppiamento è cruciale, poiché suggerisce un ordine magnetico più robusto e controllabile.

I ricercatori hanno scoperto che queste texture magnetiche ordinate, simili a punti, si estendevano su più celle unitarie moiré. Stranamente, la dimensione caratteristica di queste texture poteva essere regolata modificando l'angolo di torsione tra gli strati di triioduro di cromo. All'interno di un intervallo angolare ristretto, l'aumento dell'angolo di torsione ha causato la crescita delle texture, raggiungendo circa 300 nanometri a una torsione di 1,1 gradi prima di scomparire infine a circa due gradi. Le singole caratteristiche all'interno di queste texture più grandi misuravano circa 60 nanometri, mostrando la precisione raggiungibile nella manipolazione di questi stati quantistici.

Il meccanismo sottostante a questo affascinante comportamento è attribuito a una complessa interazione di forze concorrenti: interazioni di scambio, anisotropia magnetica e interazione di Dzyaloshinskii-Moriya interfaciale (DMI). La DMI è un'interazione di scambio antisimmetrica che deriva dall'accoppiamento spin-orbita, diventando particolarmente prominente e influente nelle interfacce a doppio strato attorcigliato. Quando il periodo moiré è sufficientemente ridotto, queste energie concorrenti favoriscono un ordinamento magnetico che si distacca attivamente dal modello moiré geometrico, dando luogo alla formazione di queste texture estese e multicellulari. Questo complesso equilibrio offre una potente manopola per l'ingegneria dell'ordine magnetico nei sistemi 2D.

Una delle implicazioni più eccitanti di questa ricerca risiede nella sua potenziale applicazione per gli skyrmioni antiferromagnetici. Gli skyrmioni sono texture di spin topologicamente protette che si comportano come quasiparticelle magnetiche, offrendo stabilità e compattezza ideali per i bit di dati. Gli skyrmioni antiferromagnetici sono particolarmente desiderabili perché si prevede che sopprimano l'effetto Hall degli skyrmioni. L'effetto Hall degli skyrmioni, un fenomeno in cui gli skyrmioni derivano lateralmente quando sono spinti da corrente, complica il controllo preciso del movimento nei dispositivi spintronici. Sopprimendo questo effetto, gli skyrmioni antiferromagnetici potrebbero consentire un movimento più dritto, più prevedibile e quindi più controllabile, semplificando significativamente la progettazione di futuri concetti spintronici per l'elaborazione e l'archiviazione dei dati.

Questo lavoro dimostra definitivamente che l'angolo di torsione tra strati atomicamente sottili può servire come un parametro di regolazione incredibilmente efficace per stabilizzare questi stati magnetici desiderabili. Fornisce un nuovo percorso per rimodellare e controllare l'ordine magnetico nei materiali senza alterarne la composizione chimica o il numero di strati, offrendo una flessibilità senza precedenti nell'ingegneria dei materiali. Sebbene questa ricerca rappresenti un passo fondamentale, essendo nelle sue fasi iniziali, le implicazioni per la fabbricazione di memorie magnetiche ultra-dense a bassa potenza e dispositivi spintronici avanzati sono profonde. Sottolinea l'entusiasmante potenziale della twistronica – la scienza della manipolazione dei materiali attorcigliando i loro strati – per sbloccare tecnologie rivoluzionarie.

Agenzia stampa Ekhbary