Magnetics Group,
Onde di spin in sincronizzazione

Il fenomeno della sincronizzazione delle onde è alla base del funzionamento dell’orologio a doppio pendolo utilizzato negli osservatori astronomici. In questi orologi a pendolo, le oscillazioni meccaniche si sincronizzano mediante la fase delle onde acustiche da loro prodotte.

L’immagine in figura presenta un istante del processo di sincronizzazione delle onde di spin prodotte da due oscillatori micromagnetici posti a 500 nm di distanza.

Gli oscillatori progettati dalla NIST Electromagnetics Division consistono in un "sandwitch" composto da due pellicole magnetiche separate da uno strato non magnetico. Il passaggio di corrente elettrica attraverso il dispositivo fa sì che la direzione della magnetizzazione oscilli rapidamente producento un segnale sulla frequenza delle micro-onde. Questi oscillatori misurano ca 50 nm di diametro, mille volte più sottili di un capello e cento volte più piccoli dei convenzionali generatori di micro-onde. 

Siccome i nano-oscillatori sono connessi da una pellicola magnetica, l'oscillazione si diffonde analogamente a quanto accadrebbe sulla superficie di uno specchio d'acqua. Per un fenomeno complesso di accoppiamento dei treni d'onda, i segnali emessi da schiere ordinate di nano-oscillatori magnetici si sincronizzano ed entrano in fase, producendo un segnale molto più preciso e amplificato rispetto a quello prodotto individualmente da ciascun oscillatore. Mentre un singolo oscillatore può generare un segnale di soli 10 nanowatts, 10 nano-oscillatori assieme potrebbero produrre segnali di 1 microwatt di potenza o più (la potenza un dispositivo multiplo aumenta con il quadrato del numero dei nano-oscillatori che formano la schiera), e potrebbero essere utilizzati per la costruzione di telefoni cellulari, sistemi radar o circuiti elettronici.

simulazione di dinamica micromagnetica

L'immagine presenta uno snap-shot della simulazione che descrive l'andamento delle onde di spin prodotte da due nano-oscillatori. Si chiamano "onde di spin" (spin wave) le eccitazioni magnetiche di bassa energia che attraversano una griglia magnetica con simmetria continua, modificando collettivamente il momento angolare dello spin elettronico (l'asse attorno a cui ruotano gli elettroni).

Il programma di simulazione utilizzato per ottenere i dati si chiama (OOMMF (Object Oriented MicroMagnetic Framework) ed è il risultato di un progetto della Mathematical and Computational Sciences Division del National Institute of Standards and Technology (NIST). OOMMF permette di prevedere l'evoluzione dell'orientazione dello spin degli elettroni all'interno di una griglia magnetica attraversata da una corrente elettrica, e di controllare "in vitro" il processo di sincronizzazione delle oscillazioni collettive degli spin degli elettroni, in modo da riprodurre il fenomeno della loro sinconizzazione.



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Controluce è una raccolta di immagini scientifiche provenienti dai laboratori di ricerca.

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