Mycket av världens "minne" och alla våra digitala aktiviteter är baserade på media, hårddiskar, där informationen är kodad tack vare magnetism, genom att orientera elektronernas snurr i en eller annan riktning.

Ett internationellt team av forskare ledda av den italienske fysikern Stefano Bonetti, professor vid Ca' Foscari-universitetet i Venedig och Stockholms universitet, har för första gången lyckats observera "nötningen" av dessa spinn i magnetiska material, d.v.s. svängningarna av deras axel under precession. Den uppmätta nutationsperioden var i storleksordningen en pikosekund:en tusendels miljarddels sekund. Upptäckten publicerades av Naturfysik .

Axeln för ett snurr utför nutation och precession, som med alla föremål som roterar, från snurror till planeter. I denna forskning, fysiker observerade experimentellt att nutationen av den magnetiska spinnaxeln är 1000 gånger snabbare än precession, ett konstigt liknande förhållande till jordens.

Denna nya upptäckt om hittills okända fysiska egenskaper hos snurr är grundläggande i forskningen för att göra digital teknik allt snabbare, kompakt och energieffektivt. För att manipulera dessa fenomen på tidsskalor av tusendels miljarddels sekund, dock, vi måste först känna till deras dynamik, inklusive tröghetsdynamik.

"Detta är det första direkta och experimentella beviset på tröghetsrörelserna hos magnetiska spinn, "förklarar Stefano Bonetti, som koordinerar ett ERC-projekt om ultrasnabb magnetism, "med implikationer som påverkar, till exempel, datacenter som lagrar nästan all mänsklighetens digitala information i bitar med nordpolen uppåt eller nedåt, kodar således datorn 0s och 1s. När dessa snurr vänds för att skriva information, presession och nutation spelar också in. Att känna till nutationsperioden blir viktigt när rotationshastigheten ökar. Denna första observation av dessa rörelser banar väg för ny teknik för att förbättra effektiviteten i våra digitala aktiviteter, som, bland alla mänskliga aktiviteter, noterar den högsta ökningen av energiförbrukningen."

Experimentet

Experimentet krävde samarbete med flera europeiska vetenskapliga laboratorier i Tyskland (Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Chemnitz tekniska universitet, Universitetet i Duisburg-Essen, German Aerospace Center (DLR), TU Berlin) Frankrike (École Polytechnique) och Italien (Federico II University of Neapel och 'Parthenope' University of Neapel), med nyckelmätningen som gjordes i Helmholtz Research Center i Dresden-Rossendorf, Tysk. I detta centrum, TELBE-laboratoriet kan generera den intensiva terahertzstrålning (dvs. frekvensområdet mellan mikrovågor och infrarött) som krävs för experimentet. Gruppen ledd av Stefano Bonetti var bland de första grupperna som använde detta laboratorium och hjälpte till att utveckla själva maskinen.

"De första experimenten var utmanande, " säger Ca' Foscari-fysikern, "men, efter ett par år, maskinen fungerade redan med mycket hög prestanda. Dessa mätningar gjordes under ett år, vid tre olika tillfällen, för att kontrollera reproducerbarheten av denna aldrig tidigare observerade effekt."

Stefano Bonettis verksamhet är en del av ett bredare sammanhang av investeringar från det venetianska universitetet i vetenskaplig forskning och undervisning vid Institutionen för molekylära vetenskaper och nanosystem. Från och med detta läsår, denna avdelning lanserar ett utbildningsprogram i teknisk fysik, koordineras av Bonetti, själv fysikingenjör, "Vetenskapen utvecklas alltid, och vem vet vad vi kommer att utforska om tio år, men tanken med det nya utbildningsprogrammet är just att förbereda en ny generation forskare som kommer att vara redo för framtidens utmaningar."