Nel cuore della ricerca scientifica tedesca, una collaborazione tra l’Università di Kiel e l’Università di Amburgo ha raggiunto un risultato senza precedenti: il movimento controllato di singoli atomi lungo percorsi magnetici prestabiliti. È la prima volta che un esperimento dimostra, in modo diretto e visibile, la possibilità di guidare atomi grazie al magnetismo, una teoria fino ad oggi confinata alla simulazione e alla speculazione teorica.
Il team, composto da scienziati come Felix Zahner e André Kubetzka, ha sfruttato un microscopio a effetto tunnel estremamente sensibile per osservare e dirigere atomi posti su una superficie magnetica progettata con precisione. Il lavoro è stato condotto a temperature prossime allo zero assoluto, circa 4 Kelvin, per ridurre al minimo il movimento termico degli atomi.
Gli esperimenti hanno impiegato atomi come cobalto, rodio e iridio, posizionati sopra uno strato di manganese su un cristallo di renio. Nonostante la disposizione esagonale simmetrica della superficie, gli atomi non si sono mossi in modo casuale, come previsto dai modelli di diffusione termica, ma hanno seguito con coerenza delle "corsie" magnetiche preferenziali.
Questa evidenza sperimentale cambia il paradigma della diffusione atomica, un processo fondamentale nella produzione di semiconduttori e nella costruzione di nanostrutture. Gli scienziati hanno osservato che, applicando brevi impulsi elettrici localizzati con il microscopio, era possibile spingere gli atomi lungo file magnetiche in una sola direzione.
Ancora più sorprendente è il comportamento degli elementi non magnetici. Atomi come rodio e iridio, tradizionalmente considerati privi di una risposta magnetica, si sono comunque mossi lungo queste traiettorie, suggerendo l’induzione di un momento magnetico debole causato dall’interazione con lo strato di manganese.
Tecnologia 10 Giu
A spiegare questo meccanismo sono intervenuti anche i fisici teorici dell’Università di Kiel, tra cui Stefan Heinze e Soumyajyoti Haldar. Utilizzando potenti simulazioni quantistiche eseguite sulla rete di calcolo ad alte prestazioni NHR di Berlino, il gruppo ha dimostrato che il movimento lungo le file magnetiche richiede meno energia rispetto al moto trasversale. Una differenza sottile, ma sufficiente a determinare un comportamento ordinato e prevedibile.
Gli atomi, in sostanza, si comportano come piccoli magneti a barra che si allineano con la direzione magnetica del materiale sottostante. È un comportamento che, secondo Haldar, apre scenari inediti nel controllo della materia a scala atomica, potenzialmente utili nella memoria dati, nella progettazione di materiali innovativi e nell’ingegneria su scala nanometrica.
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