Elettricità e magnetismo sono strettamente correlati: le linee elettriche generano un campo magnetico, i magneti rotanti in un generatore producono elettricità. Tuttavia, il fenomeno è molto più complicato: anche le proprietà elettriche e magnetiche di alcuni materiali sono accoppiate tra loro. Le proprietà elettriche di alcuni cristalli possono essere influenzate dai campi magnetici e viceversa.
In questo caso si parla di un “effetto magnetoelettrico“. Svolge un ruolo tecnologico importante, ad esempio in alcuni tipi di sensori o nella ricerca di nuovi concetti di archiviazione dei dati.
Il materiale può essere controllato in modo altamente sensibile: anche piccoli cambiamenti nella direzione del campo magnetico possono portare le proprietà elettriche del materiale in uno stato completamente diverso.
“Il fatto che le proprietà elettriche e magnetiche di un cristallo siano accoppiate o meno dipende dalla simmetria interna del cristallo“, afferma il prof. Andrei Pimenov dell’Istituto di fisica dello stato solido della TU Wien.
Questo vale per il cristallo, che è stato esaminato in dettaglio: un cosiddetto langasite fatto di lantanio, gallio, silicio e ossigeno, iniettato con atomi di olmio. “La struttura cristallina è così simmetrica che in realtà non dovrebbe consentire alcun effetto magnetoelettrico. E nel caso di campi magnetici deboli non c’è davvero alcun accoppiamento con le proprietà elettriche del cristallo “, dice Andrei Pimenov.
“Ma se aumentiamo la forza del campo magnetico, accade qualcosa di straordinario: gli atomi di olmio cambiano il loro stato quantistico e acquisiscono un momento magnetico. Questo rompe la simmetria interna del cristallo. ”
Da un punto di vista puramente geometrico, il cristallo è ancora simmetrico, ma bisogna tener conto anche del magnetismo degli atomi, ed è questo che rompe la simmetria. Pertanto la polarizzazione elettrica del cristallo può essere modificata con un campo magnetico. “La polarizzazione si verifica quando le cariche positive e negative nel cristallo vengono spostate un po’ l’una rispetto all’altra”, spiega Pimenov.
“Questo sarebbe facile da ottenere con un campo elettrico, ma grazie all’effetto magnetoelettrico, questo è possibile anche utilizzando un campo magnetico”.
“L’effetto magnetoelettrico giocherà un ruolo sempre più importante per varie applicazioni tecnologiche”, afferma Andrei Pimenov.
“In una fase successiva, proveremo a modificare le proprietà magnetiche con un campo elettrico invece di modificare le proprietà elettriche con un campo magnetico. In linea di principio, questo dovrebbe essere possibile esattamente allo stesso modo. ”
Se questo ha successo, sarebbe un modo nuovo e promettente per memorizzare i dati nei solidi. “Nelle memorie magnetiche come i dischi rigidi dei computer, i campi magnetici sono necessari oggi”, spiega Pimenov. “Sono generati con bobine magnetiche, che richiedono una quantità relativamente grande di energia e tempo.
Se ci fosse un modo diretto per scambiare le proprietà magnetiche di una memoria a stato solido con un campo elettrico, questo sarebbe un passo avanti “.