Scienziati del National Institute of Standards and Technology (NIST) e del Brookhaven National Laboratory, hanno prodotto nanostrutture che modificano il tasso di magnetizzazione a basse temperature. L'apparente anomalia nella magnetizzazione è dovuta ad un processo di meccanica quantistica conosciuto come “condensazione Bose-Einstein”, in omaggio ai due scienziati che l'hanno scoperta, che consente a onde di energia chiamate “magnoni” di fondersi e versare contemporaneamente in due stati differenti. I nanomagneti possono dunque essere utilizzati per la produzione di nanomateriali dalle particolari proprietà ferro-magnetiche da impiegare nel campo delle microonde, cruciale per il settore tecno-comunicativo, anche in ambito militare.

I ferromagneti, tra cui il ferro, il cobalto, il nichelio, aumentano il proprio magnetismo se esposti a campi magnetici esterni che agiscono a livello atomico mediante un processo influenzato dalla temperatura chiamato “saturazione magnetica”. Quando il campo esterno viene rimosso, la magnetizzazione decade molto lentamente ad una velocità che aumenta con la temperatura. Da questi sottili equilibri dipende l'efficacia di magneti permanenti, hard-disk, e altri sistemi di storaggio magnetico dei dati.

Il bizzarro comportamento della saturazione magnetica è simile ad un'altra anomalia riportata nel 1987 dal team di Lawrence Bennett, che nell'analizzare il decadimento magnetico in un composto di nichelio e rame, scoprì un inesplicabile picco nel tasso di decadimento ad un range di bassa temperatura. “È un tipico fenomeno del nano mondo”, ha spiegato Bennett, “interamente confinato alle nanostrutture”. Bennett è il co-autore del rapporto insieme con Edward Della Torre, ricercatore del NIST e professore di ingegneria alla George Washington University, e Richard Watson, un teorico del Brookhaven.

Questa straordinaria relazione tra temperatura e magnetizzazione è stata ridotta dalla formula conosciuta come “legge della temperatura di Bloch” scoperta da più di 7 decadi fa. Ed è ciò che consente ad un condensato Bose-Einstein di avere un'influenza controbilanciante sui magnoni, normalmente ingovernabili e “anti-magnetici”, producendo l'effetto osservato. “Possiamo estendere la legge di Bloch al regno nanostrutturale”, dice Della Torre. “La sfida ora è riuscire a determinare le relazioni tra misura, forma e altre caratteristiche dei nanomateriali con la temperatura e le condensazioni”. Questa notizia è stata pubblicata dal periodico “Space Daily”.

Articolo citato: E. Della Torre, L.H. Bennett, R.E. Watson, “Extension of the Bloch T3/2 Law to Magnetic Nanostructrures: Bose-Einstein Condensation,” Physical Review Letters, 15 Apr 2005.

Immagine: una disposizione di nanomagneti vista da un microscopio a forza magnetica. Credits: Cornell University.

Istituzioni scientifiche citate nell'articolo:

Institute of Standards and Technology (NIST)

Brookhaven National Laboratory

George Washington University