Il magnetismo guida i singoli atomi
Potenziale del movimento atomico controllato nelle nanotecnologie e nell'archiviazione dei dati
Normalmente, i singoli atomi si muovono sulle superfici in modo piuttosto casuale, influenzati soprattutto dalla simmetria della superficie. Questo processo, noto come "diffusione", svolge un ruolo centrale nella produzione di semiconduttori, nei catalizzatori o nella costruzione di nanostrutture. Da tempo i ricercatori sospettano che il magnetismo possa influenzare anche il movimento dei singoli atomi. Gli scienziati dell'Università di Kiel (CAU) e dell'Università di Amburgo sono ora riusciti a dimostrarlo sperimentalmente per la prima volta: Su una superficie magnetica, gli atomi possono essere guidati lungo una direzione specifica. I risultati sono stati pubblicati su "Nature Communications".
Movimento mirato anziché casuale
Il team è riuscito a dimostrarlo utilizzando un microscopio a scansione di tunnel. A temperature prossime allo zero assoluto (quattro Kelvin), hanno collocato singoli atomi di cobalto, rodio e iridio su uno strato di manganese dello spessore di un solo atomo, precedentemente depositato a vapore su una superficie di renio. Questa struttura crea una superficie magneticamente ordinata particolarmente ben definita, in cui le proprietà magnetiche delle singole file di atomi sono note con precisione.
Sebbene questo strato abbia una struttura esagonale simmetrica, gli atomi su di esso non si sono mossi casualmente in una delle sei direzioni possibili dopo un breve impulso di corrente, ma sempre lungo file magnetiche - anche se gli atomi stessi non sono magnetici, come nel caso del rodio o dell'iridio.
La meccanica quantistica fornisce la spiegazione
"Tali movimenti erano stati precedentemente previsti a livello teorico, ma mai dimostrati sperimentalmente", spiega il professor Stefan Heinze dell'Istituto di Fisica Teorica e Astrofisica dell'Università di Kiel. Insieme al suo collega, il dottor Soumyajyoti Haldar, ha effettuato calcoli di meccanica quantistica sui supercomputer della National Supercomputing Alliance (NHR) di Berlino per spiegare il fenomeno.
Le loro simulazioni mostrano che: È energeticamente più facile per gli atomi muoversi lungo le file magnetiche che attraverso di esse. Il motivo risiede in un'interazione magnetica tra l'atomo e gli atomi sulla superficie: entrambi possono essere immaginati come piccole barre magnetiche. Negli atomi di elementi magnetici come il cobalto, questa interazione è causata dal loro stesso momento magnetico. Nel caso di atomi di elementi non magnetici come il rodio o l'iridio, un piccolo momento magnetico è causato solo dall'interazione con la superficie e influenza la direzione del movimento. Gli atomi preferiscono quindi muoversi lungo le file magnetiche della superficie. Finora i ricercatori avevano ipotizzato che il magnetismo non giocasse alcun ruolo nel movimento dei singoli atomi: questa ipotesi è stata ora smentita dai nuovi risultati.
"Le proprietà magnetiche di una superficie possono influenzare la mobilità dei singoli atomi", spiega Soumyajyoti Haldar. "Questo apre nuove possibilità per controllare in modo specifico i movimenti degli atomi, ad esempio per applicazioni nelle nanotecnologie, nell'archiviazione dei dati o nello sviluppo di nuovi materiali".
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