Catturare l’onda magnetica per nuovi dispositivi

I materiali naturali interagiscono con le radiazioni elettromagnetiche perché sono dotati di carica, anche se nel complesso sono neutri. Tuttavia, i materiali interagiscono con le radiazioni elettromagnetiche come risultato dello spin, una proprietà fondamentale delle particelle elementari. In particolare, alcuni atomi hanno uno spin netto o un momento magnetico netto e vengono pertanto definiti magnetici.

I metamateriali sono materiali creati dall’uomo che presentano proprietà uniche e interessanti, non presenti in natura. La creazione di strutture artificiali nei materiali magnetici potrebbe aprire il varco a proprietà, funzionalità e applicazioni non previste, tra cui dispositivi elettromagnetici non volatili a campo magnetico controllato. I finanziamenti dell’UE hanno permesso agli scienziati di spingere oltre le frontiere del magnetismo e delle sue applicazioni grazie al progetto NOWAPHEN (“Novel wave phenomena in magnetic nanostructures”).

I magnoni sono eccitazioni collettive di una struttura di spin di elettroni in un lattice cristallino. I cristalli magnonici, analoghi ai cristalli fotonici che possiedono un intervallo di frequenza in cui la propagazione dell’onda di luce è vietata (band-gap), sono nanomateriali che possiedono una struttura periodica che impedisce la propagazione dell’onda spin in bande confinate.

Attraverso il trasferimento multilaterale di conoscenze e competenze, gli scienziati del progetto NOWAPHEN, hanno condotto numerosi studi innovativi e specifici per gettare le basi dello sviluppo futuro di metamateriali magnonici. La loro ricerca ha coperto campi tra cui la spintronica, la magnonica, l’elettromagnetismo e l’elettronica a microonde.

Numerosi risultati senza precedenti e un’ampia serie di pubblicazioni attestano il successo del progetto. I punti salienti includono nuovi metodi di caratterizzazione per lo studio dei dispositivi magnonici e delle proprietà magnetiche su interfacce. Gli scienziati hanno scoperto la trasmissione avanzata di onde spin nei nanocavi con uno stato di magnetizzazione a zig-zag. Questo apre il varco all’utilizzo di effetti sulla velocità di propagazione in un transistor magnonico a modulazione di velocità. Il team ha inoltre scoperto una nuova forma di anisotropia magnetica e una nuova classe di fenomeni d’onda di spin non reciproci inerenti ai cristalli magnonici metallizzati.

La magnonica e la magneto-fotonica sono l’inizio di una nuova era nell’ambito della scoperta e dei dispositivi magnetici con controllo dell’onda nei solidi, che va al di là di quanto offerto dalla fotonica e dalla plasmonica. Gli scienziati del progetto NOWAPHEN hanno aumentato enormemente la conoscenza e la comprensione, offrendo un importante contributo all’eccellenza europea in un campo che promette di avere una grande importanza socio-economica.