Første observation af nutation i magnetiske materialer

Meget af verdens 'hukommelse' og alle vores digitale aktiviteter er baseret på medier, harddiske, hvor informationen er kodet takket være magnetisme, ved at orientere elektronernes spin i den ene eller den anden retning.

Et internationalt team af forskere ledet af den italienske fysiker Stefano Bonetti, professor ved Ca' Foscari Universitet i Venedig og Stockholm Universitet, har for første gang formået at observere 'nutationen' af disse spins i magnetiske materialer, dvs. svingningerne af deres akse under presession. Den målte nutationsperiode var af størrelsesordenen et picosekund:en tusindedel af en milliardtedel af et sekund. Opdagelsen blev offentliggjort af Naturfysik .

Et spins akse udfører nutation og præcession, som med enhver genstand, der drejer, fra snurretoppe til planeter. I denne forskning, fysikere observerede eksperimentelt, at nutationen af ​​den magnetiske spin-akse er 1000 gange hurtigere end præcession, et mærkeligt lignende forhold til Jordens.

Denne nye opdagelse om hidtil ukendte fysiske karakteristika ved spins er grundlæggende i forskningen for at gøre digitale teknologier stadig hurtigere, kompakt og energisk effektiv. At manipulere disse fænomener på tidsskalaer på tusindedele af milliardtedele af et sekund, imidlertid, vi skal først kende deres dynamik, herunder inertial dynamik.

"Dette er det første direkte og eksperimentelle bevis på magnetiske spins inertibevægelser, " forklarer Stefano Bonetti, der koordinerer et ERC-projekt om ultrahurtig magnetisme, "med implikationer, der påvirker, for eksempel, datacentre, der gemmer næsten al menneskehedens digitale information i stykker med nordpolen op eller ned, kodning af computeren 0'er og 1'er. Når disse spins vendes for at skrive information, presession og nutation spiller også ind. At kende nutationsperioden bliver afgørende, når rotationshastigheden øges. Denne første observation af disse bevægelser baner vejen for nye teknologier til at forbedre effektiviteten af ​​vores digitale aktiviteter, hvilken, blandt alle menneskelige aktiviteter, registrerer den største stigning i energiforbruget. "

Eksperimentet

Forsøget krævede samarbejde med flere europæiske videnskabelige laboratorier i Tyskland (Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Chemnitz teknologiske universitet, Universitetet i Duisburg-Essen, German Aerospace Center (DLR), TU Berlin) Frankrig (École Polytechnique) og Italien (Federico II University of Naples og 'Parthenope' University of Naples), med nøglemålingen foretaget i Helmholtz Research Center i Dresden-Rossendorf, Tysk. I dette center, TELBE-laboratoriet er i stand til at generere den intense terahertz-stråling (dvs. frekvensområdet mellem mikrobølger og infrarød), der er nødvendig for eksperimentet. Gruppen ledet af Stefano Bonetti var blandt de første grupper, der brugte dette laboratorium og hjalp med at udvikle selve maskinen.

"De første eksperimenter var udfordrende, " siger Ca' Foscari-fysikeren, "men, efter et par år, maskinen kørte allerede med meget høj ydeevne. Disse målinger blev foretaget over et år, ved tre forskellige lejligheder, for at kontrollere reproducerbarheden af ​​denne aldrig før observerede effekt. "

Stefano Bonettis aktiviteter er en del af en bredere kontekst for investeringer fra det venetianske universitet i videnskabelig forskning og undervisning af Institut for Molekylære Videnskaber og Nanosystemer. Fra og med dette studieår, denne afdeling lancerer en uddannelse i teknisk fysik, koordineret af Bonetti, selv en fysikingeniør, "Videnskaben udvikler sig altid, og hvem ved, hvad vi vil udforske om ti år, men ideen med den nye uddannelse er netop at forberede en ny generation af forskere, der vil være klar til fremtidens udfordringer."