Abbiamo dimostrato la teoria della memoria magnetica nei materiali bidimensionali – ora prevediamo un aumento della capacità degli HDD.

Nuovo confine sperimentale: è stato scoperto il ciclo completo di fasi magnetiche esotiche in un materiale atomico sottile

Fisici dell'Università del Texas ad Austin hanno registrato per la prima volta l'evoluzione sequenziale completa di due stati magnetici unici, che precedentemente esistevano solo come fasi separate. L'esperimento ha permesso di formare “isole magnetiche” stabili della dimensione di pochi nanometri – un passo verso futuri accumulatori di dati super-densità.

Cosa è stato scoperto?
1. Fase BKT (Berezinskii–Kosterlitz–Thouless)

Raffreddando a temperature da –150 °C a –130 °C, il materiale atomico sottile bidimensionale entra nello stato BKT. In questo stato i momenti magnetici formano coppie di vortici correlati che ruotano in direzioni opposte. Ogni vortice è limitato a pochi nanometri.

2. Fase “orologio” a sei stati

Con un ulteriore abbassamento della temperatura, il materiale entra nella seconda fase – una fase orologio a sei stati ordinata. I momenti magnetici assumono una delle sei possibili orientazioni, simili alle lancette di un orologio. Questi stati sono stabili e duraturi, rendendoli potenzialmente adatti per la memorizzazione delle informazioni.

Queste due fasi – precursori l'una dell'altra – erano state osservate singolarmente in passato, ma il ciclo completo non era mai stato riprodotto.

Materiale e metodi
L'esperimento è stato condotto su un cristallo di trisulfuro di nichel-fosforo (NiPS₃). I risultati sono stati confermati sia teoricamente che sperimentalmente tramite micropolarimetria ottica non lineare.

Significato scientifico
- Conferma i modelli fondamentali della magnetismo bidimensionale e della fisica topologica.
- Il contributo dello scienziato sovietico Vadim Berezinskii, fondatore del passaggio BKT, è confermato dai dati pratici. Per lo sviluppo di questa teoria il Premio Nobel 2016 è stato assegnato a Kosterlitz e Thouless.
- La dimostrazione di vortici magnetici nano-dimensionati stabili in un sistema puramente bidimensionale apre nuove possibilità per la gestione del magnetismo a livello atomico.

Prospettive
Gli scienziati intendono cercare materiali in cui queste fasi esotiche si stabilizzino a temperature più elevate – più vicine alla temperatura ambiente. Ciò potrebbe portare alla creazione di dispositivi magnetici nano-compatti supercompatti, rivoluzioni nella spintronica e nuove tecnologie di archiviazione dei dati.