I ricercatori della Pritzker School of Molecular Engineering di UChicago hanno svelato un materiale di memoria ottica rivoluzionario che promette un’archiviazione dei dati più rapida ed efficiente, mettendo in luce il potere della scienza fondamentale.
Con una straordinaria innovazione, gli scienziati della Pritzker School of Molecular Engineering dell’Università di Chicago hanno sviluppato un nuovo materiale che promette di rivoluzionare l’archiviazione dei dati sfruttando la luce per controllare le proprietà magnetiche, consentendo un’elaborazione delle informazioni più rapida ed efficiente dal punto di vista energetico.
Il team, guidato dal professore assistente Shuolong Yang, ha scoperto che un materiale complesso costituito da manganese, bismuto e tellurio (MnBi2Te4) mostra proprietà magnetiche uniche quando esposto alla luce. Ciò significa che un laser può essere utilizzato per codificare i dati negli stati magnetici di MnBi2Te4, un concetto che potrebbe migliorare notevolmente la velocità e l’efficienza dei dispositivi di memoria.
Crediti: Pritzker School di Ingegneria Molecolare, Università di Chicago
"Ciò sottolinea davvero come la scienza fondamentale possa consentire nuovi modi di pensare alle applicazioni ingegneristiche in modo molto diretto", ha affermato Yang in a comunicato stampa. “Abbiamo iniziato con la motivazione di comprendere i dettagli molecolari di questo materiale e alla fine ci siamo resi conto che aveva proprietà precedentemente sconosciute che lo rendono molto utile”.
La ricerca, pubblicato sulla rivista Science Advances, dimostra come gli elettroni in MnBi2Te4 competono tra due stati opposti: uno stato topologico, vantaggioso per la codifica delle informazioni quantistiche, e uno stato sensibile alla luce, vantaggioso per l’archiviazione ottica.
Risolvere un puzzle topologico
MnBi2Te4 è stato a lungo studiato per il suo potenziale come isolante topologico magnetico (MTI), un materiale che si comporta come un isolante all'interno ma permette la corrente elettrica sulle sue superfici. In un MTI ideale, si verifica un fenomeno noto come effetto Hall quantistico, in cui le correnti elettriche fluiscono in un percorso aerodinamico e bidimensionale lungo i bordi del materiale, un concetto essenziale per la trasmissione dei dati quantistici.
Tuttavia, sfruttare sperimentalmente le proprietà topologiche di MnBi2Te4 è stato impegnativo.
“Il nostro obiettivo iniziale era capire perché è stato così difficile ottenere queste proprietà topologiche nel MnBi2Te4”, ha aggiunto Yang. “Perché la fisica prevista non c’è?”
Utilizzando tecniche di spettroscopia avanzate sviluppate nel laboratorio di Yang e collaborando con Xiao-Xiao Zhang dell'Università della Florida per le misurazioni dell'effetto Kerr magneto-ottico (MOKE), i ricercatori hanno potuto osservare i comportamenti degli elettroni e la loro interazione con la luce in tempo reale.
Alla scoperta di due stati opposti
Lo studio ha rivelato che MnBi2Te4 ospita uno stato elettronico quasi 2D che compete con lo stato topologico degli elettroni, impedendone le prestazioni come materiale topologico. Tuttavia, questo stato quasi-2D ha mostrato un forte legame tra magnetismo e fotoni esterni, allineandosi perfettamente con le esigenze dei sistemi di memoria ottica.
"Esiste un tipo completamente diverso di elettroni di superficie che sostituiscono gli elettroni di superficie topologici originali", ha aggiunto Yang. "Ma si scopre che questo stato quasi 2D ha in realtà una proprietà diversa, molto utile."
Guardando al futuro, il gruppo di Yang pianifica esperimenti per manipolare le proprietà di MnBi2Te4 utilizzando i laser. Ritengono che questo materiale potrebbe superare significativamente le prestazioni degli attuali dispositivi di memoria elettronica in termini di efficienza.
Comprendere l'equilibrio tra i due stati elettronici potrebbe anche migliorare il potenziale di MnBi2Te4 come MTI, rendendolo un materiale a duplice scopo adatto sia per l'archiviazione di dati quantistici che ottici.
“Forse potremmo imparare a sintonizzare l’equilibrio tra lo stato originale, teoricamente previsto, e questo nuovo stato elettronico quasi 2D”, ha aggiunto Yang. “Ciò potrebbe essere possibile controllando le nostre condizioni di sintesi”.
Con questa scoperta rivoluzionaria, il futuro dell’archiviazione dei dati ad alta velocità ed efficienza energetica appare più luminoso che mai, consolidando il ruolo fondamentale della scienza fondamentale nel pioniere di nuovi progressi tecnologici.