Ha una sensibilità mai ottenuta in precedenza il dispositivo realizzato dai ricercatori dell’Istituto di nanoscienze del Consiglio nazionale delle ricerche (Nano-Cnr) capace di misurare il campo magnetico con la precisione di una singola molecola, utilizzando un foglio di grafene come una ‘ragnatela’ capace di intrappolare molecole magnetiche. Un risultato che segna un passo avanti nel campo della spintronica e potrebbe avere applicazioni nella realizzazione di memorie ad alta densità e di sensori molecolari.
Lo studio, condotto da Andrea Candini e Marco Affronte del Centro S3 dell’Istituto nanoscienze del Cnr di Modena, assieme a colleghi del Cnrs di Grenoble e del Karlsruhe Institute of Technology, è pubblicato sulla rivista internazionale Nano Letters.
“Le molecole magnetiche sono una sorta di nano-calamite di pochi miliardesimi di metro e sono tra le promesse della spintronica (l’elettronica potenziata dalla componente magnetica, lo spin) perché possono funzionare come le più piccole unità in cui registrare un bit di informazione”, spiega Andrea Candini, ricercatore dell’Istituto Nano-Cnr. “Sviluppare nuove generazioni di memorie magnetiche con densità elevata è cruciale per poter ‘leggere’ unità magnetiche che nel prossimo futuro avranno dimensioni confrontabili con quelle di una molecola”. Il dispositivo ultra-sensibile realizzato ora consente di leggere una memoria magnetica su scala molecolare ed è la prima volta che si misurano oggetti magnetici così piccoli. È stato battuto il record in sensibilità di almeno 100 volte”.
Per realizzare il dispositivo, i ricercatori hanno depositato molecole magnetiche su uno strato di grafene, il materiale monoatomico di carbonio famoso per le sue proprietà elettroniche. “Il grafene ha funzionato come una sorta di sensibilissima ragnatela”, spiega ancora Candini, “in grado di intercettare il flusso magnetico di una molecola e di produrre un segnale elettrico quando la molecola inverte la sua polarità magnetica”. Un risultato che è frutto di tre anni di ricerca e una serie di traguardi intermedi: “Prima sono state progettate le molecole più adatte per potersi innestare sulla struttura esagonale del grafene”, spiega Marco Affronte, del Centro S3 e professore all’Università di Modena e Reggio Emilia, “poi è stata messa a punto la lavorazione del foglio di grafene, fino ad ottenere un dispositivo di appena 10 nanometri di lato. Infine le misure magnetiche, che hanno richiesto temperature prossime allo zero assoluto per rilevare soltanto i segnali del grafene e delle molecole e limitare il rumore “.
Per i ricercatori il risultato apre due strade importanti. “Nel campo della spintronica dimostra che è possibile l’uso combinato di grafene e di molecole magnetiche per registrare l’informazione”, commenta Candini. “Il nuovo dispositivo si comporta come una valvola magnetica simile a quelle utilizzate nelle testine degli hard disk oggi in commercio, ma con dimensioni molto più piccole”.
Secondo Affronte “è inoltre possibile prevedere applicazioni come sensore di molecole biologiche marcate con una molecola magnetica, da integrare nei cosiddetti ‘lab-on-a-chip’. La declinazione al futuro è d’obbligo, ma questi sono anche gli obiettivi di grandi iniziative europee in questo settore, come ad esempio, i progetti pilota ‘Flagship’ lanciati di recente dalla Commissione Europea”.