Un nuovo materiale scoperto da Bicocca e MIT potrebbe rivoluzionare l’elettronica del futuro: più veloce, efficiente e a basso consumo. Si chiama ioduro di nichel ed è un altermagnete, una nuova classe di materiali che unisce controllo e stabilità magnetica. La scoperta è stata pubblicata su Nature.
Computer, smartphone e data center del futuro potrebbero diventare più veloci ed efficienti, riducendo allo stesso tempo il consumo energetico.
Un passo importante per raggiungere questo obiettivo arriva da una scoperta nel campo del magnetismo alla quale ha contribuito anche l’Università di Milano-Bicocca. Il gruppo del Dipartimento di Scienza dei Materiali, guidato dalla professoressa Silvia Picozzi, ha infatti identificato un nuovo materiale, lo ioduro di nichel (NiI₂), che appartiene a una classe di materiali recentemente scoperta: quella degli altermagneti. Lo studio, svolto in collaborazione con il Massachusetts Institute of Technology (MIT) di Boston, è stato pubblicato su Nature, tra le più autorevoli riviste scientifiche internazionali (link all’articolo).
Il comportamento magnetico
La teoria classica del magnetismo distingue due principali categorie di materiali: i ferromagneti, come le comuni calamite, e gli antiferromagneti. I primi sono facili da controllare, ma non miniaturizzabili al di sotto di un certo limite; i secondi sono più stabili, veloci e immuni ai cosiddetti “campi magnetici parassiti”, ma difficili da manipolare perché privi di una magnetizzazione netta.
Nel 2022 è stata identificata una terza forma di comportamento magnetico: l’altermagnetismo. Gli altermagneti si comportano in modo inedito, permettendo di superare i limiti di entrambe le classi tradizionali. In questi materiali, pur in assenza di una magnetizzazione complessiva, gli stati elettronici con spin opposto hanno energie differenti. Questa proprietà consente un controllo più efficace e preciso del comportamento magnetico.
Importante scoperta scientifica
Considerata la rilevanza potenziale in ambito tecnologico, l’altermagnetismo è stato incluso dalla rivista Science tra le principali scoperte scientifiche del 2024, unica voce nel settore della fisica. La possibilità di utilizzare questi materiali nella spintronica – un’elettronica che sfrutta lo spin degli elettroni anziché la sola carica – apre scenari concreti per lo sviluppo di dispositivi più precisi, veloci, miniaturizzabili e con consumi energetici molto ridotti. Alcuni prototipi di memorie RAM spintroniche, ad esempio, hanno già dimostrato un risparmio energetico superiore al 95% rispetto ai dispositivi CMOS tradizionali. Un risultato rilevante se si considera che i data center rappresentano oggi oltre il 2% del consumo energetico globale.
Nel progetto, il gruppo dell’Università di Milano-Bicocca ha curato lo sviluppo teorico e le simulazioni numeriche, mentre il team del MIT ha condotto la caratterizzazione fisica del materiale. Lo ioduro di nichel costituisce un importante sistema modello per lo studio degli altermagneti, ma al momento richiede temperature molto basse per esprimere le sue proprietà magnetiche e non è ancora utilizzabile nei dispositivi reali.
Il prossimo passo sarà quindi utilizzare le conoscenze acquisite su NiI₂ per progettare nuovi materiali altermagnetici stabili a temperatura ambiente, con l’obiettivo di rendere possibile la realizzazione di dispositivi elettronici a basso consumo e altissime prestazioni.
Figura – Spin disposti a elica in NiI2 vengono controllati con un campo elettrico (parte alta e bassa) e, di conseguenza, gli stati elettronici cambiano il carattere di spin (colonna di destra).
In apertura foto di Logan Voss su Unsplash
