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Sistema magnetico che converte il calore in movimento meccanico

16.11.2017

I ricercatori dell'Università di Exeter hanno creato un sistema magnetico microscopico in grado di produrre movimento meccanico utilizzando l'energia termica dell'ambiente. Questo nuovo principio di conversione diretta dell'energia da un tipo all'altro può essere utilizzato per garantire il funzionamento di varie nanomacchine, microrobot e il funzionamento di nuovi tipi di sensori e dispositivi di archiviazione delle informazioni di prossima generazione possono essere basati su questo principio.

La base del nuovo sistema magnetico è un meccanismo abbastanza comune noto come "cricchetto". Questo cricchetto termico è costituito da un materiale molto insolito, che può essere chiamato "ghiaccio artificiale di spin" (ghiaccio artificiale di spin), che include molti minuscoli nanomagneti, nanoparticelle della loro lega permalloy, una lega ferro-nichel.

Oltre all'energia termica, un tale sistema è in grado di convertire in movimento l'energia di un campo magnetico, che porta a uno spostamento dei vettori di magnetizzazione dei singoli nanomagneti. In questo caso, questo spostamento ha carattere anulare e ruota in una delle due possibili direzioni. "Abbiamo cercato a lungo di capire perché funzionasse", afferma il professor Gino Hrkac, "E solo alla fine ci siamo resi conto che un potenziale energetico asimmetrico si crea ai bordi opposti del cricchetto termico, che viene riflesso nella distribuzione del campo magnetico totale dei nanomagneti impostati. E questa asimmetria fa ruotare la regione di magnetizzazione in una delle due direzioni".

Per studiare le caratteristiche dello stato magnetico di un cricchetto termico, gli scienziati hanno utilizzato i raggi X e il cosiddetto effetto magnetico dicroico (effetto dicroico magnetico). E le misurazioni effettive sono state effettuate utilizzando la sorgente di raggi X SLS del Paul Scherrer Institute, in Svizzera, e l'Advanced Light Source del Lawrence Berkeley National Laboratory, negli Stati Uniti.

Come accennato in precedenza, il nuovo effetto, che opera a livello di materiali magnetici condizionatamente bidimensionali, può essere utilizzato in vari dispositivi su scala nanometrica, inclusi nanomotori magnetici e termici, sensori, ecc. Inoltre, il nuovo effetto può diventare il principio base di funzionamento di nuovi dispositivi di memorizzazione delle informazioni, i cui bit vengono registrati in celle magnetiche riscaldandole rapidamente localmente con impulsi di luce laser.

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