In che modo l’effetto magnetoelastico può controllare le proprietà magnetiche dei nanoelementi

I dispositivi di Tecnologie dell’informazione e delle comunicazioni (TIC) contano significativamente sulla possibilità di sfruttare le proprietà magnetiche dei materiali, specialmente per la memoria di calcolo e l’elaborazione. I ricercatori, sviluppando il lavoro svolto nell’ambito del progetto MULTIREV, finanziato dall’UE, hanno recentemente pubblicato un articolo su Nature nel quale descrivono come hanno usato imaging dinamico all’avanguardia per visualizzare onde (sonore) di deformazione nei cristalli, misurando l’effetto sugli elementi nanomagnetici.

I loro risultati prospettano la magnetizzazione a bassa potenza controllata di piccoli elementi magnetici, utili per applicazioni nelle TIC. Inoltre la metodologia è trasferibile allo studio di tensioni dinamiche in una serie di processi e prodotti come nanoparticelle, reazioni chimiche e cristallografia.

Quantificare l’effetto magnetoelastico

Con una domanda sempre crescente di migliori sistemi di memorizzazione ed elaborazione, siamo in corsa per mezzi più efficienti per modificare le proprietà magnetiche dei materiali, specialmente in nanoscala. I ricercatori di questo studio stavano studiando il cambiamento di proprietà magnetiche causato dalla deformazione elastica di un materiale magnetico. Questo cambiamento può essere indotto da campi magnetici ma questi richiedono correnti ad alta potenza di carica.

Il team stava perciò studiando specificamente il modo in cui la tensione dinamica (o deformazione) accompagna un’onda acustica di superficie e induce così cambiamenti di magnetizzazione, in nanoscala. Sono stati in grado di condurre lo studio quantitativo dopo lo sviluppo di una tecnica sperimentale basata sulla microscopia a raggi X stroboscopica. Lo studio è stato fatto su una scala temporale di picosecondi, a differenza di studi precedenti che erano stati condotti principalmente in scale temporali significativamente più lente (da secondi a millisecondi).

Il team è riuscito a dimostrare che le onde acustiche di superficie potevano controllare il cambiamento di magnetizzazione in elementi magnetici in nanoscala su un cristallo. I risultati hanno indicato che le onde magnetiche di superficie influenzano un cambiamento delle proprietà dei quadrati magnetici, facendo allargare o restringere i campi magnetici a seconda della fase dell’onda acustica di superficie.

È interessante che facendo simultaneamente l’imaging dello sviluppo delle dinamiche sia di tensione che di magnetizzazione delle nanostrutture, il team ha scoperto che le modalità di magnetizzazione hanno una reazione ritardata alle modalità di tensione e che questo era regolabile a seconda di come era configurato il campo magnetico.

Sensori magnetici efficienti dal punto di vista energetico

Il progetto MULTIREV è stato creato in realtà per sviluppare un sensore a multi-rivoluzione meno costoso e semplificato rispetto a quelli disponibili attualmente. Questi sensori rilevano rotazioni multiple di componenti in settori industriali come quello automobilistico e dell’automazione. L’attuale generazione però tende ad avere un’architettura complessa, con un’applicabilità limitata e costi alti.

Fondamentale per il piano del team del progetto per sviluppare una prova di concetto era la sostituzione di sensori non-magnetici con un dispositivo magnetico non-volatile, che sarebbe auto-sufficiente dal punto di vista energetico. Questo offre la possibilità di un cambiamento del numero di rivoluzioni possibili per il rilevamento, anche fino a migliaia di rivoluzioni.

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