L'Ames Laboratory controlla la chiralità delle onde magnetiche per il calcolo quantistico
I fisici commutano gli stati dei magnoni nei metalli kagome ferrimagnetici usando campi magnetici esterni e bassa energia
I fisici dell'Ames National Laboratory hanno trovato un modo per invertire la chiralità dei magnoni, onde magnetiche che si propagano nei materiali solidi senza spostare carica elettrica. La scoperta, riportata il 10 novembre 2026, offre un nuovo meccanismo per codificare ed elaborare dati per le future infrastrutture di calcolo quantistico. Applicando un campo magnetico esterno a specifici metalli kagome, il gruppo di ricerca ha fatto mescolare stati d'onda opposti.
Mescolamento chirale nei metalli kagome
I magnoni sono quasiparticelle che rappresentano onde collettive di eccitazione magnetica. Come trottole, si muovono con un orientamento destrorso o sinistrorso. In uno studio pubblicato su Physical Review Letters, un gruppo di ricerca guidato dal fisico Rob McQueeney presso l'Ames National Laboratory ha dimostrato che questi stati distinti possono interagire e invertire direzione in condizioni controllate, come riporta Phys.org. Mentre l'elettronica convenzionale si basa sul movimento fisico delle cariche elettriche, questa innovazione consente ai magnoni di trasmettere informazione puramente attraverso l'orientamento magnetico, evitando le perdite di energia causate dalla resistenza elettrica.
«I magnoni hanno alcuni vantaggi per trasportare informazione. Ma manipolare la chiralità non era un problema risolto. E ora lo è.»
— Rob McQueeney, Ames National Laboratory
Momenti atomici opposti in ErMn6Sn6
La svolta è avvenuta mentre il gruppo studiava i metalli kagome, una classe di materiali quantistici che prende il nome dal loro reticolo atomico intrecciato. Per osservare il comportamento chirale, gli scienziati hanno esaminato i ferrimagneti, materiali composti da due diversi atomi magnetici i cui momenti magnetici puntano in direzioni opposte senza annullarsi del tutto. Nei test con il composto TbMn6Sn6, i magnoni destrorsi e sinistrorsi si incrociavano senza interagire. Tuttavia, sperimentando con ErMn6Sn6, una lega contenente erbio, manganese e stagno, i ricercatori hanno osservato che i due tipi d'onda si scontravano, evitavano l'incrocio e si mescolavano, come dettagliato da Phys.org.
Commutazione a bassa energia per l'archiviazione dei dati
In condizioni ordinarie, eccitare magnoni destrorsi e sinistrorsi richiede soglie energetiche completamente diverse. L'apparato sperimentale ha dimostrato che rompere la simmetria del materiale consente ai due stati di mescolarsi liberamente. Questa reazione permette a un campo magnetico esterno di invertire la chiralità dell'onda con pochissima potenza. Controllare gli stati chirali risolve una barriera di lunga data nella fisica basata sullo spin. Sebbene non sia ancora stato registrato alcun dispositivo commerciale né alcuna domanda di brevetto, questa invenzione di laboratorio fornisce il fondamento fisico per la futura proprietà intellettuale e per i dispositivi spintronici, aprendo vie pratiche per una logica magnetica ad alta efficienza nel calcolo quantistico.
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