Un impulso laser che ribalta un magnete: la svolta nel controllo della luce sulla materia
Cambiare la polarità di un ferromagnete usando solo un fascio di luce laser, senza bisogno di scaldare nulla. Sembra fantascienza, eppure è esattamente quello che un gruppo di ricercatori dell’Università di Basilea e del Politecnico federale di Zurigo (ETH) è riuscito a dimostrare. Lo studio, pubblicato sulla rivista Nature nel marzo 2026, apre prospettive davvero notevoli: in futuro, questa tecnica potrebbe permettere di scrivere e riconfigurare circuiti elettronici direttamente su un chip, usando la luce come unico strumento.
Per capire perché questa scoperta faccia tanto rumore, vale la pena fare un passo indietro. Un ferromagnete funziona perché miliardi di minuscoli momenti magnetici all’interno del materiale si allineano nella stessa direzione. Ogni elettrone possiede una proprietà chiamata spin, che genera un campo magnetico piccolissimo. Quando tutti questi spin puntano dalla stessa parte, l’effetto combinato produce un magnete forte e stabile. Quello che si trova attaccato alla porta del frigorifero, per intendersi. Normalmente, per invertire la polarità di un magnete del genere, bisogna portarlo sopra una certa temperatura critica: il calore rompe l’ordine, gli spin si rimescolano, e quando il materiale si raffredda possono riorientarsi in modo diverso. Il team guidato dal professor Tomasz Smoleński a Basilea e dal professor Ataç Imamoğlu a Zurigo ha trovato il modo di fare tutto questo senza alzare la temperatura di un grado. Solo con un impulso di luce laser.
Materiali quantistici e stati topologici: la ricetta della svolta
Il segreto sta nel materiale utilizzato. I ricercatori hanno lavorato con due strati ultrasottili di un semiconduttore organico chiamato ditelluride di molibdeno, sovrapposti con una leggera rotazione tra loro. Questo piccolo dettaglio geometrico cambia tutto: la torsione genera comportamenti elettronici insoliti e permette agli elettroni di organizzarsi in quelli che vengono chiamati stati topologici.
Per spiegare cosa siano, i fisici usano spesso un’analogia semplice ma efficace. Una palla non ha buchi, una ciambella ne ha uno. Non importa quanto si deformi una palla: non diventerà mai una ciambella senza tagliarla. Allo stesso modo, gli stati topologici sono fondamentalmente diversi tra loro e non possono essere trasformati l’uno nell’altro in modo graduale. In questo sistema particolare, gli elettroni possono passare da stati che si comportano come isolanti a stati che conducono elettricità come i metalli. In entrambi i casi, le interazioni tra gli elettroni fanno sì che i loro spin si allineino, producendo uno stato ferromagnetico.
Ed è qui che entra in gioco il laser. Con un singolo impulso luminoso, il gruppo di ricerca è riuscito a cambiare l’orientamento collettivo degli spin, invertendo la polarità dell’intero ferromagnete in un colpo solo. Non di un singolo elettrone, ma dell’intero sistema. Come ha spiegato Olivier Huber, dottorando all’ETH che ha condotto le misurazioni insieme a Kilian Kuhlbrodt e Smoleński, il cambio di polarità è permanente. E la topologia del materiale influenza le dinamiche di questo processo, il che aggiunge un ulteriore livello di controllo.
Verso circuiti ottici riprogrammabili
La cosa ancora più interessante è che il laser non si limita a invertire il magnete. Può anche creare nuovi confini interni nel materiale, definendo regioni dove lo stato ferromagnetico topologico esiste e regioni dove no. Questo processo è ripetibile, il che significa che si possono controllare dinamicamente sia le proprietà magnetiche sia quelle topologiche del sistema. Per verificare che il minuscolo ferromagnete, largo appena pochi micrometri, avesse davvero cambiato polarità, i ricercatori hanno usato un secondo fascio laser più debole: analizzando la luce riflessa, hanno potuto determinare con precisione l’orientamento degli spin.
Le implicazioni pratiche sono affascinanti. Smoleński ha dichiarato che in futuro sarà possibile usare questo metodo per “scrivere otticamente” circuiti topologici arbitrari e adattabili su un chip. Circuiti che potrebbero includere interferometri miniaturizzati capaci di rilevare campi elettromagnetici estremamente deboli, aprendo la strada a tecnologie di rilevamento di precisione del tutto nuove. Dalla fisica fondamentale ai dispositivi del futuro, questa ricerca dimostra che il confine tra luce e materia è molto più sottile di quanto si pensasse. E che un semplice impulso luminoso può riscrivere le regole del gioco.
