Un gruppo di ricercatori dell’Università di Nottingham, nel Regno Unito, ha ottenuto la prima prova concreta dell’esistenza di una terza forma di magnetismo, denominata altermagnetismo. I risultati dello studio, pubblicati l’11 dicembre 2024 sulla rivista Nature, potrebbero aprire la strada a nuove tecnologie nel settore della memoria magnetica e fornire un elemento chiave nello sviluppo di materiali superconduttori avanzati.
Due forme di magnetismo già note
Fino a oggi, il magnetismo era classificato in due categorie principali:
- Ferromagnetismo: i momenti magnetici atomici, paragonabili a microscopiche “frecce di bussola”, sono tutti allineati nella stessa direzione. Questo fenomeno è alla base dei magneti comuni e dei dispositivi di memoria magnetica.
- Antiferromagnetismo: i momenti magnetici vicini si orientano in direzioni opposte, creando una struttura che ricorda una scacchiera di polarità alternate. Questa proprietà conferisce agli antiferromagneti una maggiore resistenza alle interferenze magnetiche esterne.
Queste caratteristiche influenzano il comportamento degli elettroni all’interno di una corrente elettrica, che possono allinearsi o opporsi ai momenti magnetici per trasportare e memorizzare informazioni.
L’altermagnetismo: una combinazione unica
I materiali altermagnetici, ipotizzati per la prima volta nel 2022, presentano una configurazione intermedia tra ferromagnetismo e antiferromagnetismo. In questi materiali, ogni momento magnetico si orienta in direzione opposta rispetto al suo vicino, ma con una leggera rotazione rispetto all’asse principale. Questo crea proprietà ibride, che combinano la stabilità degli antiferromagneti con alcune delle funzionalità tipiche dei ferromagneti.
Secondo Oliver Amin, ricercatore presso l’Università di Nottingham, gli altermagneti potrebbero offrire un’alternativa ideale: la velocità e la sicurezza degli antiferromagneti, unite alla capacità di memorizzazione più semplice dei ferromagneti.
Alfred Dal Din, dottorando presso la stessa università, ha sottolineato che uno degli aspetti più interessanti di questi materiali è la loro rottura della simmetria di inversione temporale. Questo fenomeno implica che se si riavvolgesse il tempo, la configurazione degli elettroni risulterebbe diversa rispetto a quella originale, a differenza di ciò che accade in un gas, dove le particelle si muovono casualmente e la simmetria viene conservata.
Questa particolarità consente l’esistenza di effetti elettronici inediti, che potrebbero essere sfruttati per sviluppare nuove applicazioni spintroniche e dispositivi di memoria magnetica più rapidi e resistenti.
La prova sperimentale dell’altermagnetismo
Per dimostrare l’esistenza dell’altermagnetismo, il team guidato dal professore Peter Wadley ha analizzato il tellururo di manganese, un materiale in precedenza considerato antiferromagnetico. Grazie alla microscopia elettronica a fotoemissione, gli scienziati hanno ottenuto una mappa dettagliata delle strutture magnetiche interne, utilizzando raggi X con diverse polarizzazioni per osservare la disposizione dei momenti magnetici.
I risultati hanno confermato che il tellururo di manganese possiede le caratteristiche previste per un materiale altermagnetico. Inoltre, il team è riuscito a manipolare la struttura magnetica attraverso cicli termici controllati, creando dispositivi sperimentali in cui il magnetismo poteva essere regolato con precisione.
L’anello mancante nella superconduttività
Gli altermagneti potrebbero giocare un ruolo chiave nello sviluppo di materiali superconduttori più efficienti. La superconduttività è un fenomeno in cui un materiale conduce elettricità senza resistenza, ma il suo rapporto con il magnetismo è complesso.
Secondo Dal Din, l’altermagnetismo rappresenta il pezzo mancante tra le proprietà magnetiche e la superconduttività. Fino a oggi, era noto che la simmetria magnetica influenzava la superconduttività, ma mancava un collegamento diretto tra le due discipline. La scoperta di questa nuova classe di materiali potrebbe portare a nuovi approcci nella progettazione di superconduttori e dispositivi spintronici di nuova generazione.
L’altermagnetismo potrebbe rivoluzionare il settore della memorizzazione magnetica e aprire nuove strade nella ricerca sulla superconduttività, con implicazioni potenzialmente straordinarie per la tecnologia del futuro.
