Nel 2025, un team di scienziati olandesi ha ottenuto un significativo passo avanti nella tecnologia quantistica, sviluppando dispositivi ultra-sottili che funzionano senza magneti ingombranti e operano a temperatura ambiente. Questa scoperta apre nuovi orizzonti per la creazione di tecnologie compatte, veloci ed efficienti dal punto di vista energetico.
La ricerca, pubblicata su Nature Communications, ha confermato l'esistenza dell'effetto Hall di spin quantistico (QSH) nel grafene senza la necessità di un campo magnetico esterno. Questo effetto, legato alla proprietà quantistica degli elettroni nota come spin, consente la trasmissione e l'elaborazione delle informazioni utilizzando dispositivi spintronici.
Durante gli esperimenti, gli scienziati hanno utilizzato grafene magnetico, stratificandolo con un materiale antiferromagnetico, il CrPS₄. Questa combinazione ha alterato le proprietà interne del grafene, portando a interazioni spin-orbita e di scambio, cruciali per la formazione di stati di bordo topologicamente protetti. Questi stati assicurano il movimento degli elettroni lungo i bordi del materiale senza resistenza, con i loro spin allineati in direzioni opposte – questo è l'effetto Hall di spin quantistico.
La creazione di tali dispositivi in precedenza ha dovuto affrontare sfide significative, poiché il controllo dello spin degli elettroni richiedeva potenti campi magnetici e temperature estremamente basse. Tuttavia, la nuova ricerca ha dimostrato che le proprietà magnetiche possono essere create internamente all'interno del materiale, utilizzando l'effetto di prossimità con l'antiferromagnetico CrPS₄. I ricercatori hanno anche notato che la capacità di osservare stati di spin stabili anche a temperatura ambiente rende la tecnologia più pratica per le applicazioni del mondo reale.
Questa scoperta convalida le previsioni teoriche fatte un decennio fa, indicando che il grafene, in condizioni specifiche, può supportare stati di spin quantistici stabili. Uno dei ricercatori ha sottolineato che la capacità di creare qubit di spin quantistico senza l'uso di campi magnetici esterni apre nuove opportunità per la spintronica e la fisica topologica.
L'effetto Hall di spin quantistico è un fenomeno in cui gli elettroni in un conduttore sperimentano potenziali diversi (tensione di Hall) sui bordi opposti quando esposti a un campo magnetico, perpendicolare alla corrente. Questa scoperta apre nuove prospettive per i dispositivi spintronici nel futuro.