La rivoluzione elettronica che caratterizza la nostra epoca è basata sullo sviluppo dei circuiti integrati a semiconduttore, nati più di quarant’anni fa. Nella loro evoluzione le prestazioni di questi circuiti si sono incrementate con una velocità impressionante, rendendo possibile conservare, trattare e gestire quantità molto elevate di dati in volumi relativamente piccoli (si pensi alle capacità di memoria e di elaborazione di un normale portatile). Questa rapida evoluzione, fino a tempi molto recenti, si è basata solamente sul fatto che lo sviluppo di nuove tecnologie ha portato a dimezzare la dimensioni di ogni singolo dispositivo contenuto nei circuiti integrati ogni diciotto mesi, secondo le previsioni di una curiosa legge empirica enunciata da Gordon Moore nel 1965 e fino ad ora non mai smentita.
Per mantenere il tasso di evoluzione che fino a ora ha storicamente caratterizzato lo sviluppo del trattamento e della trasmissione dell’informazione si è però rivelato necessario non limitarsi a scalare le dimensioni dei dispositivi e delle strutture secondo quando previsto dalla “legge di Moore”. Si sono dovuti affrontare molti nuovi problemi mediante lo studio di architetture che si basano anche su dispositivi con strutture innovative e l’introduzione di materiali che affianchino il silicio, fino a ora incontrastato dominatore delle tecnologie microelettroniche.
Un rilevante problema in questo contesto consiste nel fatto che il mondo che elabora e trasmette l’informazione è costituito da dispositivi a semiconduttore, il cui funzionamento è basato sul movimento di cariche elettriche, mentre il mondo che conserva le informazioni (gli hard disk ne sono un esempio) è costituito da dispositivi basati su materiali metallici con particolari proprietà magnetiche, in cui l’immagazzinamento dell’informazione è basato sull’orientazione di domini magnetici. La comunicazione tra questi due mondi è complessa, costa energia e implica perdita di tempo, con limitazioni nella velocità di funzionamento del sistema. Si potrebbe ottenere un guadagno significativo da ambedue questi punti di vista se sia l’immagazzinamento che l’elaborazione dell’informazione potessero avvenire all’interno dello stesso circuito integrato.
Una risposta a questa esigenza potrebbe essere trovata in un’area della fisica dei materiali che si è sviluppata in tempi relativamente recenti, la spintronica, il cui nome deriva dalla contrazione dei termini anglosassoni Spin Based Electronics – elettronica basata sullo spin. In particolare, la spintronica basata su semiconduttori propone una direzione possibile per lo sviluppo di sistemi ibridi, costituiti in generale da metalli e semiconduttori magnetici, combinando così le proprietà necessarie sia per l’elaborazione che per la conservazione dell’informazione. Questa strada costituisce quindi una soluzione promettente al problema della separazione dei due mondi.
Negli ultimi anni si è quindi sviluppata un’intensa attività di ricerca per lo studio delle proprietà di materiali e strutture adatti ad essere impiegati in questa nuova e promettente area. Recentemente, ricercatori del Laboratorio Nazionale TASC dell’INFM-CNR di Trieste, in collaborazione con ricercatori dell’Istituto di Fisica Sperimentale dell’Università di Regensburg e con colleghi svizzeri e tedeschi hanno dato un contributo rilevante allo sviluppo di questa area. Francesco Maccherozzi e i suoi colleghi hanno appena pubblicato sulla prestigiosa rivista statunitense Physical Review Letters un articolo in cui discutono natura e interazioni tra metallo e semiconduttore magnetico in queste strutture ibride, dando un importante contributo per un possibile utilizzo di queste strutture in dispositivi operanti a temperatura ambiente. Ad oggi, infatti, il principale limite alla commercializzazione di dispositivi spintronici basati su semiconduttori magnetici è la loro temperatura di funzionamento molto bassa, dell’ordine di circa 173 kelvin (– 100 ° C).
Queste attività di ricerca si inseriscono nella tradizione culturale della scienza dei materiali, disciplina caratterizzata da una continua e proficua interazione tra approfondimento della conoscenza scientifica, il “sapere”, e sviluppo delle capacità tecnologiche, il “saper fare”.
