Aspetta, esistono più tipi di magnete?

Ok, questa me la devi leggere. Quando pensi a un magnete, probabilmente ti viene in mente quel magnetino da frigorifero che tiene su la lista della spesa. Ma la scienza ha scoperto che il magnetismo è molto più complicato — e affascinante — di così.

Per molto tempo, i ricercatori hanno riconosciuto solo due tipi principali di magneti. Ci sono i ferromagneti (quelli comuni), dove tutte le minuscole particelle magnetiche, chiamate spin elettronici, si allineano nella stessa direzione. È quello che dà loro il polo nord-sud e quel soddisfacente "clic" quando ne attacchi due insieme.

Poi ci sono gli antiferromagneti: i perfectionisti silenziosi del mondo magnetico. In questi materiali, gli spin elettronici dei vicini puntano in direzioni opposte, quindi i loro effetti magnetici si annullano a vicenda. Non puoi attaccare un antiferromagnete al frigorifero perché, dall'esterno, sembrano completamente non magnetici. Ma dentro? È come una piccola guerra civile dove tutto si bilancia perfettamente.

Entrambi sono utili, ma hanno limiti. I ferromagneti sono facili da controllare — perfetti per immagazzinare informazioni — ma sono piuttosto lenti e affamati di energia. Gli antiferromagneti possono cambiare stato incredibilmente in fretta, ottimo per il calcolo, ma sono notoriamente difficili da gestire perché le loro proprietà magnetiche sono, appunto, nascoste.

E se ti dicessi che potrebbe esistere una terza opzione che combina il meglio di entrambi?

Arriva l'Altermagnete

Qui le cose si fanno interessanti.

Nel 2019, fisici dell'Università Johannes Gutenberg di Magonza stavano studiando un materiale chiamato biossido di rutenio, quando è successo qualcosa di strano. In base ai loro calcoli, questo materiale avrebbe dovuto comportarsi come un antiferromagnete — nessuna magnetizzazione complessiva, spin che si annullano. Ma quando lo hanno colpito con una corrente elettrica, ha iniziato a comportarsi più come un ferromagnete.

Quel comportamento inaspettato non poteva essere spiegato da nessuna delle due categorie esistenti. Quindi hanno fatto quello che farebbe qualsiasi bravo scienziato: hanno inventato una nuova categoria.

L'hanno chiamata altermagnetismo.

Ecco il punto interessante: gli altermagneti hanno la qualità "nascosta" degli antiferromagneti — i loro effetti magnetici complessivi si annullano. Ma il modo in cui i loro atomi sono disposti all'interno fa sì che gli elettroni si comportino come se fossero in un ferromagnete. È come avere il meglio di entrambi i mondi, e le applicazioni potenziali sono davvero emozionanti.

"Questi materiali potrebbero rivoluzionare completamente il modo in cui trasportiamo le informazioni," dice Jamir Marino, fisico dell'Università di Buffalo che studia gli altermagneti. "Potrebbero darci le velocità di commutazione rapide degli antiferromagneti, mantenendo alcune delle proprietà elettroniche più facili da controllare che otteniamo dai ferromagneti."

Pensa a computer più veloci, archiviazione dati più efficiente, magari persino nuovi tipi di sensori. Non male per qualcosa che non puoi nemmeno attaccare al frigorifero!

Il problema: trovarli è difficile

Ecco l'inghippo: confermare che un materiale è davvero un altermagnete è un affare complicato.

Studi teorici suggeriscono che potrebbero esserci oltre 200 materiali che qualificano come altermagneti — più del doppio dei ferromagneti conosciuti. È un parco giochi enorme per i fisici da esplorare. Ma al momento, identificare i materiali candidati richiede esperimenti costosi e complessi che a volte possono disturbare o addirittura danneggiare proprio i materiali che stai cercando di studiare.

È come cercare di esaminare una farfalla delicata con una rete che è leggermente in fiamme. Potresti imparare qualcosa, ma probabilmente ci sono modi migliori.

Un diamante grezzo

È qui che la storia fa una svolta che trovo genuinamente deliziosa.

Marino e il suo team hanno proposto un nuovo metodo di rilevamento che usa — indovina un po' — un piccolo difetto dentro un diamante. No, non è una metafora. Vogliono davvero usare le imperfezioni.

Dentro alcuni diamanti, ci sono difetti microscopici dove un atomo di azoto si trova accanto a un atomo di carbonio mancante. Questi piccoli difetti potrebbero sembrare problemi, ma sono incredibilmente utili: sono estremamente sensibili all'attività magnetica nelle vicinanze.

L'esperimento proposto funzionerebbe così: prendi il tuo sospetto altermagnete e lo metti vicino a un diamante con uno di questi difetti. Poi ruoti lo spin magnetico del difetto in direzioni diverse e misuri quanto velocemente torna alla normalità.

Se il rilassamento avviene più velocemente in certe direzioni che in altre, quella asimmetria potrebbe rivelare gli arrangiamenti complessi degli spin che rendono speciali gli altermagneti.

"La cosa davvero bella di questa tecnica è che è molto meno invasiva dei metodi convenzionali," spiega Marino. "Non vuoi che la tua misurazione disturbi strongly il materiale che stai studiando."

Perché dovrebbe importarti?

So cosa stai pensando: "Bella storia, ma perché dovrebbe interessarmi?"

Ecco perché: ci stiamo avvicinando ai limiti di ciò che i nostri attuali dispositivi elettronici possono fare. I computer diventano più veloci, certo, ma consumano anche più energia e generano più calore. Se vogliamo la prossima generazione di dispositivi ultra-efficienti — pensa ai computer quantistici, all'hardware AI avanzato, ai sistemi di calcolo simili al cervello — potremmo aver bisogno di materiali che cambiano stato più velocemente e usano meno energia di qualsiasi cosa abbiamo oggi.

Gli altermagneti potrebbero essere parte di quella soluzione.

E la tecnica di rilevamento basata sui diamanti? Quella è lo strumento che potrebbe aiutarci a trovarli più in fretta. È come dare agli scienziati un metal detector migliore per una spiaggia piena di tesori sepolti — tranne che il tesoro sono materiali che potrebbero alimentare i dispositivi di domani.

"Gli altermagneti potrebbero rivoluzionare completamente il modo in cui trasportiamo le informazioni," mi ha detto Marino. "Per confermare se questa elegante teoria è vera, abbiamo bisogno di esperimenti che identifichino gli altermagneti e confermino che si comportano come i scienziati predicono."

La ricerca è ancora nelle fasi iniziali, ma mi trovo genuinamente eccitato per dove potrebbe portarci. A volte le tecnologie più trasformative vengono da scoperte che abbiamo quasi perso — comportamenti che non si adattavano alle categorie esistenti, materiali che nessuno pensava di esaminare da vicino, minuscoli difetti nei diamanti che si rivelano essere sensori perfetti.

Il prossimo grande magnete potrebbe essere nascosto in piena vista, in attesa di uno scienziato intelligente con un diamante e un'idea fresca per trovarlo.