Dentro minuscoli dischi magnetici grandi poche centinaia di nanometri si nascondono stati di oscillazione mai osservati prima, capaci di collegare tra loro tecnologie che oggi parlano lingue completamente diverse. La scoperta arriva dai laboratori dell’Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) in Germania, dove un gruppo di ricercatori ha identificato i cosiddetti stati di Floquet all’interno di vortici magnetici ultrasottili, e lo ha fatto con una quantità di energia ridicolmente bassa. Parliamo di microwatt, meno di quanto consuma uno smartphone in standby. I risultati, pubblicati sulla rivista Science il 27 marzo 2026, ribaltano alcune convinzioni consolidate nella fisica dei materiali magnetici e aprono scenari concreti per il futuro dell’elettronica, della spintronica e delle tecnologie quantistiche.

Ma facciamo un passo indietro. I vortici magnetici si formano in dischi ultrasottili realizzati con leghe come il nichel e ferro. All’interno di queste strutture, i momenti magnetici si dispongono a spirale, un po’ come tante bussole microscopiche che seguono un percorso circolare. Quando qualcosa li disturba, si genera un’onda che si propaga da un momento all’altro, creando una reazione a catena. Queste eccitazioni collettive si chiamano magnoni, e la cosa interessante è che possono trasportare informazione senza bisogno di spostare cariche elettriche. Una proprietà che li rende estremamente appetibili per chi lavora su tecnologie di calcolo di nuova generazione.

Un pettine di frequenze dove nessuno se lo aspettava

Il team guidato dal dottor Helmut Schultheiß stava lavorando su dischi magnetici sempre più piccoli, nell’ordine di poche centinaia di nanometri, con l’obiettivo di esplorare possibili applicazioni nel campo del computing neuromorfico, cioè quel tipo di elaborazione ispirata al funzionamento del cervello. Durante l’analisi dei dati, però, è saltato fuori qualcosa di strano. Invece del classico segnale di risonanza singolo, alcuni dischi producevano una serie di righe spettrali ravvicinate, un fenomeno noto come pettine di frequenze. All’inizio sembrava un artefatto, un’interferenza qualsiasi. Ma ripetendo l’esperimento il risultato tornava, identico. A quel punto era chiaro che si trattava di qualcosa di genuinamente nuovo.

La spiegazione affonda le radici nel lavoro del matematico francese Gaston Floquet, che nell’Ottocento dimostrò come sistemi sottoposti a forze periodiche possano sviluppare stati di oscillazione completamente inediti. Finora, per creare questi stati servivano impulsi laser potentissimi. Qui invece bastano i magnoni: quando vengono sufficientemente eccitati, trasferiscono parte della loro energia al nucleo del vortice, che inizia a muoversi lungo un percorso circolare microscopico. Quel movimento, per quanto minimo, altera ritmicamente lo stato magnetico del sistema e genera il pettine di frequenze osservato.

Poca energia, enormi possibilità

L’aspetto forse più sorprendente di tutta la faccenda è proprio il consumo energetico. Mentre i metodi precedenti richiedevano laser ad alta potenza, qui si parla di microwatt. Questo apre prospettive concrete: i pettini di frequenze generati dai vortici magnetici potrebbero funzionare come una sorta di adattatore universale, capace di sincronizzare segnali terahertz ultraveloci con l’elettronica convenzionale o persino con dispositivi quantistici. Schultheiß lo paragona a un adattatore USB che permette a dispositivi con connettori diversi di comunicare tra loro.

Il gruppo di ricerca dell’HZDR intende ora verificare se lo stesso meccanismo funzioni anche con altre strutture magnetiche. Se così fosse, la strada verso sistemi di calcolo ibridi, in cui magnoni, circuiti elettronici e componenti quantistici collaborano senza barriere, sarebbe decisamente più corta di quanto chiunque immaginasse fino a pochi mesi fa.

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Un gruppo di scienziati dell’Università di Tokyo è riuscito a catturare qualcosa che nessuno aveva mai visto prima: il modo in cui gli spin degli elettroni si invertono all’interno di un antiferromagnete, un materiale che per lungo tempo è stato considerato praticamente invisibile dal punto di vista magnetico. E no, non si tratta di un risultato puramente teorico. Hanno proprio filmato il processo, fotogramma dopo fotogramma, usando impulsi elettrici ultrarapidi e lampi di luce sincronizzati con una precisione impressionante. Il materiale protagonista è uno strato sottile di manganese e stagno, e quello che è emerso dall’esperimento potrebbe cambiare parecchio il modo in cui si pensa alla spintronica del futuro.

Due meccanismi di switching, uno decisamente più interessante dell’altro

La cosa davvero notevole è che il team ha identificato non uno, ma due meccanismi distinti di inversione degli spin. Il primo funziona in modo abbastanza prevedibile: correnti elettriche intense generano calore, e quel calore causa il ribaltamento degli spin. È un processo noto, ma poco efficiente. Disperde energia, scalda il materiale, e in un contesto tecnologico reale rappresenterebbe un limite non da poco.

Il secondo meccanismo, invece, è quello che ha fatto alzare qualche sopracciglio tra i ricercatori. Gli spin si invertono direttamente, con un riscaldamento minimo. Praticamente, l’impulso elettrico fa il suo lavoro senza sprecare energia in calore inutile. Questo rende il processo enormemente più efficiente, e soprattutto apre scenari concreti per dispositivi che lavorano a velocità elevatissime consumando pochissimo.

Fino a oggi, studiare gli antiferromagneti in azione era un problema enorme. A differenza dei ferromagneti classici, quelli che si attaccano al frigorifero per intenderci, gli antiferromagneti hanno spin orientati in direzioni opposte che si annullano a vicenda. Il risultato? Dall’esterno non mostrano quasi nessun segnale magnetico. Ecco perché vengono spesso definiti magneti “fantasma”. Riuscire a osservare cosa succede al loro interno durante uno switching rappresenta un passo avanti tecnico notevole.

Perché questo esperimento conta davvero

Quello che rende questo lavoro particolarmente rilevante non è solo la scoperta dei due meccanismi. È il metodo. Il team dell’Università di Tokyo ha sviluppato una tecnica di imaging risolta nel tempo che permette di seguire l’evoluzione degli spin con una risoluzione temporale altissima. In pratica, ogni flash di luce cattura un’istantanea dello stato magnetico del materiale in un preciso momento dopo l’impulso elettrico. Mettendo insieme queste istantanee si ottiene una sorta di film dell’inversione degli spin.

Questa capacità di osservazione diretta potrebbe accelerare lo sviluppo di memorie magnetiche di nuova generazione basate su antiferromagneti. Si parla di dispositivi potenzialmente più veloci e più stabili di quelli attuali, meno sensibili ai campi magnetici esterni e con consumi energetici ridotti. Non è fantascienza, ma una direzione di ricerca che ora ha basi sperimentali solide su cui costruire.

Il fatto che uno dei due meccanismi di switching funzioni quasi senza generare calore è un dettaglio che nel mondo della microelettronica vale oro. Il surriscaldamento è uno dei nemici principali quando si progettano chip e memorie sempre più dense e veloci. Trovare un modo per aggirare questo problema, sfruttando le proprietà uniche degli antiferromagneti, potrebbe fare la differenza tra un prototipo da laboratorio e un prodotto che finisce davvero nei dispositivi di tutti i giorni.

Resta da capire quanto sarà complesso scalare questa tecnologia e portarla fuori dal contesto sperimentale. Ma il fatto che ora si possa letteralmente guardare cosa succede dentro un antiferromagnete durante lo switching è già, di per sé, un risultato che cambia le regole del gioco per chi lavora in questo campo.

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Trovare un materiale capace di trasmettere elettricità e spin degli elettroni senza alcuna resistenza è stato per decenni il sogno proibito della fisica dello stato solido. Ora un gruppo di ricercatori potrebbe aver individuato proprio quel materiale, e le implicazioni per il quantum computing sarebbero enormi. Il protagonista di questa storia è una lega metallica chiamata NbRe, composta da niobio e renio, due metalli rari che insieme sembrano comportarsi in modo del tutto anomalo rispetto ai superconduttori tradizionali. Se le prime evidenze sperimentali dovessero essere confermate, ci troveremmo di fronte a quello che molti fisici definiscono senza mezzi termini il “Sacro Graal” della tecnologia quantistica.

A parlarne è il professor Jacob Linder, fisico della Norwegian University of Science and Technology (NTNU), dove lavora presso QuSpin, un centro di ricerca dedicato allo studio dei materiali quantistici. Linder non nasconde l’entusiasmo: un superconduttore tripletto è in cima alla lista dei desideri di chiunque operi nel campo. E il motivo è piuttosto chiaro. Mentre i superconduttori convenzionali, detti “singoletto”, permettono alla corrente elettrica di fluire senza dispersione di energia sotto forma di calore, non sono in grado di trasportare lo spin degli elettroni. I superconduttori tripletto, invece, fanno entrambe le cose. E questa doppia capacità cambia radicalmente le carte in tavola.

Perché lo spin fa tutta la differenza

Per capire cosa rende così speciale un superconduttore tripletto, bisogna fare un piccolo passo indietro e guardare alla spintronica. Si tratta di una branca dell’elettronica che sfrutta lo spin, una proprietà fondamentale degli elettroni, per trasportare e processare informazioni in modi diversi rispetto ai circuiti tradizionali. Lo spin può giocare un ruolo cruciale anche nella tecnologia quantistica, soprattutto quando viene abbinato alla superconduttività. Il problema, fino a oggi, è stato l’instabilità. Uno dei principali ostacoli nel quantum computing riguarda la precisione delle operazioni: i qubit sono notoriamente fragili e soggetti a errori. Un superconduttore tripletto potrebbe contribuire a stabilizzare l’intero sistema, rendendo i computer quantistici non solo più affidabili ma anche incredibilmente efficienti dal punto di vista energetico.

Linder e i suoi collaboratori italiani hanno pubblicato uno studio su Physical Review Letters, una delle riviste più prestigiose nel campo della fisica, e il lavoro è stato selezionato tra le raccomandazioni editoriali del giornale. Non è un dettaglio da poco: significa che la comunità scientifica considera questi risultati degni di particolare attenzione. Nello studio, il team dimostra che la lega NbRe esibisce proprietà coerenti con la superconduttività tripletto. Il materiale si comporta in modo completamente diverso da quello che ci si aspetterebbe da un superconduttore singoletto convenzionale, e questo è già di per sé un segnale forte.

Una temperatura “calda” per gli standard della superconduttività

C’è un altro aspetto che rende NbRe particolarmente interessante: la temperatura di superconduzione. La lega diventa superconduttrice a circa 7 Kelvin, che tradotto in gradi Celsius significa circa meno 266 gradi. Sembra un freddo pazzesco, e lo è. Ma nel mondo della superconduttività, 7 Kelvin è una temperatura relativamente “alta”. Altri candidati a superconduttore tripletto richiedono temperature vicine a 1 Kelvin, il che li rende molto più difficili e costosi da utilizzare nella pratica. Poter lavorare a 7 Kelvin significa avere un materiale decisamente più gestibile e, in prospettiva, più facilmente integrabile in dispositivi reali.

Naturalmente, Linder stesso invita alla cautela. È ancora troppo presto per dichiarare con certezza assoluta che NbRe sia effettivamente un superconduttore tripletto. La scoperta dovrà essere verificata da altri gruppi sperimentali indipendenti, e saranno necessari ulteriori test specifici sulla superconduttività tripletto. Tuttavia, i dati raccolti finora sono incoraggianti e puntano tutti nella stessa direzione.

Se la conferma dovesse arrivare, le ricadute sul quantum computing e sulla spintronica sarebbero difficili da sovrastimare. Computer quantistici ultra veloci che consumano quantità di energia prossime allo zero non sarebbero più fantascienza ma un obiettivo tecnologico concreto. Il team della NTNU potrebbe aver aperto una porta che la fisica inseguiva da molto, molto tempo. E stavolta, dall’altra parte, potrebbe esserci davvero qualcosa di straordinario.

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