Conservare una mole sempre più imponente di dati in spazi microscopici e accedere alle informazioni a velocità mai viste prima. È la sfida della microelettronica mondiale a cui risponde uno studio internazionale pubblicato lo scorso 29 ottobre sulla prestigiosa rivista scientifica “Nature”, dal titolo “Octupole-driven spin torque switching of antiferromagnetic tunnel junctions”.
Tra le firme dell’articolo figurano due docenti e ricercatori del Politecnico di Bari: i professori Mario Carpentieri e Andrea Meo del Dipartimento di Ingegneria Elettrica e dell’Informazione. La ricerca apre scenari inediti per lo sviluppo delle memorie magnetiche di nuova generazione, destinate a rendere molto più performanti smartphone, personal computer e i grandi centri di calcolo dedicati all’elaborazione dei dati.
Come funzionano i materiali antiferromagnetici e la svolta delle frequenze Terahertz
Per comprendere la portata della scoperta occorre considerare il funzionamento base delle memorie digitali, strutturate come un insieme di piccolissimi interruttori in grado di assumere lo stato di “0” o “1” (il sistema binario con cui si archiviano foto, documenti e messaggi). La necessità industriale è rendere questi elementi sempre più infinitesimali senza perderne il controllo o la capacità di lettura.
Lo studio ha dimostrato la fattibilità di questo passaggio utilizzando i materiali antiferromagnetici, soluzioni capaci di garantire una velocità di risposta elevatissima e una forte immunità rispetto ai disturbi provocati da campi magnetici esterni:
Controllo elettrico a temperatura ambiente: I ricercatori hanno evidenziato come una semplice corrente elettrica possa modificare e distinguere lo stato magnetico di dispositivi nanometrici senza l’ausilio di campi magnetici esterni.
Scrittura a frequenze Terahertz (THz): Sfruttando le dinamiche ultraveloci delle strutture antiferromagnetiche, la ricerca getta le basi per la futura scrittura dei dati a frequenze di Terahertz, con una svolta epocale nei tempi di risposta delle memorie del futuro.
Il ruolo del Poliba e il network della ricerca internazionale
Il contributo dei docenti del Politecnico di Bari è stato decisivo per decodificare la fisica del fenomeno attraverso simulazioni micromagnetiche. Mario Carpentieri e Andrea Meo — in collaborazione con il professor Giovanni Finocchio dell’Università di Messina — hanno infatti sviluppato il codice computazionale che ha riprodotto con precisione il comportamento magnetico dei nanodispositivi, collegando il nuovo meccanismo teorico con le misurazioni ottenute in laboratorio.
L’attività di ricerca è stata sostenuta dall’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) e ha visto la cooperazione tra prestigiosi atenei americani ed eccellenze industriali di livello globale. Oltre al Poliba e all’Ateneo di Messina, hanno partecipato alla pubblicazione la Northwestern University di Chicago, la University of Nebraska, la Cornell University, la Purdue University, la Texas University e il colosso delle tecnologie di archiviazione dati Western Digital.
