Create delle nanoantenne per onde di spin, una nuova tappa che rende sempre più possibile lo sviluppo di nano-processori per l’elaborazione analogica di informazioni straordinariamente rapida ed energeticamente efficiente.
A riuscirci è stata una collaborazione fra il gruppo di magnetismo di Edoardo Albisetti, Daniela Petti e Riccardo Bertacco del Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano, il gruppo di Elisa Riedo (New York University), e Silvia Tacchi dell’Istituto officina dei materiali del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Iom) di Perugia, il Dipartimento di Fisica e Geologia dell’Universita’ di Perugia e la beamline PolLux della Swiss Light Source, PSI, Svizzera. I risultati sono stati pubblicati sula rivista Advanced Materials.
Le onde di spin, chiamate anche “magnoni”, sono l’analogo delle onde elettromagnetiche per il magnetismo, e si propagano nei materiali come il ferro in maniera simile alle onde del mare. Rispetto alle onde elettromagnetiche, i magnoni sono caratterizzati da proprieta’ uniche che li rendono ideali per lo sviluppo di sistemi miniaturizzati di calcolo “analogico” estremamente piu’ efficienti dei sistemi digitali attualmente disponibili. Modulare a proprio piacimento le onde di spin era fino ad oggi estremamente complesso.
Nell’articolo viene presentato un nuovo tipo di emettitori, le cosiddette “nanoantenne magnoniche” che permettono di generare onde di spin con forma e propagazione controllata. Grazie ad esse, ad esempio, e’ possibile ottenere fronti d’onda radiali (come quelli di una pietra lanciata in uno stagno) o fronti d’onda planari (come le onde del mare sulla spiaggia) e anche creare fasci direzionali focalizzati. Nell’articolo si dimostra inoltre che utilizzando piu’ nanoantenne contemporaneamente si possono generare figure di interferenza “a comando”, condizione necessaria per poter sviluppare sistemi di computazione analogici.
Per realizzare le nanoantenne e’ stata utilizzata la tecnica tam-SPL (sviluppata al Politecnico di Milano in collaborazione con il laboratorio della professoressa Riedo), che permette di manipolare con precisione nanometrica le proprieta’ magnetiche del materiale di cui sono composte. In particolare, le nanoantenne consistono in minuscole “increspature” nella magnetizzazione del materiale (chiamate “pareti di dominio” e “vortici”) che, quando vengono messe in moto da un campo magnetico oscillante, emettono onde di spin. Dato che le proprieta’ delle onde di spin sono legate alla tipologia e alle caratteristiche peculiari di queste increspature, controllandole molto bene e’ stato possibile modulare come mai prima d’ora le onde emesse. Le onde di spin sono state misurate utilizzando una tecnica di microscopia a raggi-X risolta in tempo disponibile presso la la beamline PolLux della Swiss Light Source, Svizzera. Questa tecnica ha permesso ai ricercatori di visualizzare la propagazione delle onde di spin nel materiale, con alta risoluzione spaziale (inferiore ai 50 nanometri) e risoluzione temporale (inferiore al nanosecondo). Il lavoro ha ricevuto finanziamenti dal programma di ricerca e innovazione dell’Unione Europea Horizon 2020 attraverso l’azione Marie Skodowska-Curie No 705326, progetto SWING (Patterning Spin-Wave reconfIgurable Nanodevices for loGics and computing).
