Μία νέα μελέτη του πολυτεχνείου της Λοζάνης EPFL που δημοσιεύεται στο περιοδικό Science θέτει τα πρώτα θεωρητικά όρια στην ενέργεια που χρειάζεται για να ελέγξει κανείς τη μαγνητική συμπεριφορά ενός μεμονωμένου ατόμου.
Πολλές συσκευές που χρησιμοποιούμε στην καθημερινότητά μας, όπως οι σκληροί δίσκοι ή άλλες ψηφιακές μνήμες με εφαρμογές στους υπολογιστές βασίζονται στα φαινόμενα του μαγνητισμού, συνεπώς η έρευνα στον τομέα επηρεάζει άμεσα και τις τεχνολογικές εξελίξεις.
Ο μαγνητισμός είναι ένα φαινόμενο που εξαρτάται από το σπιν των ηλεκτρονίων των υλικών, μία κβαντική ιδιότητα που αποτελεί ένα είδος εσωτερικής στροφορμής.
Η δυνατότητα ενός υλικού να προσανατολίζει τα σπιν των ηλεκτρονίων του προς μία κατεύθυνση ονομάζεται μαγνήτιση, με τα μαγνητικά υλικά να διαθέτουν αυτή την ικανότητα, άλλα αυθόρμητα και άλλα με τη βοήθεια ενός εξωτερικού μαγνητικού πεδίου που «τοποθετεί» τα σπιν στις κατάλληλες θέσεις.
EPFL
Ο μαγνητισμός είναι ένα φαινόμενο που εξαρτάται από το σπιν των ηλεκτρονίων των υλικών, μία κβαντική ιδιότητα που αποτελεί ένα είδος εσωτερικής στροφορμής.
Ένα ενδιαφέρον μέγεθος που μετράει την «ευκολία» του προσανατολισμού στα σπιν ενός υλικού, είναι και η μαγνητική ανισοτροπία. Τα υλικά που υπό την απουσία μαγνητικού πεδίου έχουν τυχαία φορά στα σπιν τους, ονομάζονται μαγνητικά ισότροπα, ενώ ένα ανισότροπο μαγνητικό υλικό θα είναι μαγνητισμένο αυθόρμητα.
Η αλλαγή της ανισοτροπίας ενός ατόμου απαιτεί ενέργεια που είναι και ένας από τους περιοριστικούς παράγοντες στη βελτίωση της τεχνολογίας των μαγνητικών συσκευών.
Οι ερευνητές του EPFL συνδύασαν διάφορες πειραματικές και υπολογιστικές μεθόδους ώστε να μετρήσουν την ενέργεια που χρειάζεται για να αλλάξει η μαγνητική ανισοτροπία σε ένα μεμονωμένο άτομο κοβαλτίου, την οποία προσδιόρισαν στα 60 meV (millielectron Volts). Η επιλογή του κοβαλτίου έγινε επειδή είναι ένα μέταλλο που χρησιμοποιείται ευρέως στην παραγωγή συσκευών που αποθηκεύουν δεδομένα.
Η εξέλιξη αυτή αποτελεί ένα μεγάλο βήμα στην κατανόηση της μαγνητικής ανισοτροπίας, ενώ παρουσιάζει και ένα μοντέλου ενός μεμονωμένου ατόμου που μπορεί να συμπεριφερθεί και ως qubit, τη μονάδα πληροφορίας στους μελλοντικούς κβαντικούς υπολογιστές.
Η μεθοδολογία και τα συμπεράσματά των επιστημόνων μπορούν να βρουν επίσης εφαρμογή και σε μελλοντικές συσκευές που θα χρησιμοποιούν τις αρχές της σπιντρονικής, η οποία θεωρείται ως το επόμενο βήμα από την ηλεκτρονική, με την πληροφορία να μεταδίδεται με τα σπιν, εν αντιθέσει με τα λογικά 0 και 1 των σημερινών υπολογιστών.
