NAnostructuring MAgnetism in crySTalline matErials

I cristalli magnetici sono una delle classi di materiali più interessanti, per via della ricchezza di fenomeni fisici che ospitano, e la possibilità di impiegari per applicazioni tecnologiche. Tra questi, gli ossidi magnetici come il ferrimagnete Yttrium Iron Garnet (YIG), il Tm3Fe5O12 (TmFO) e il Tb3Fe5O12 (TbFO) suscitano un enorme interesse grazie alle loro eccezionali proprietà magnetiche, che consentono il trasporto e l'elaborazione di informazioni on-chip utilizzando le onde di spin e la movimentazione ultraveloce di pareti di dominio magnetiche. Per questi motivi, i cristalli magnetici sono considerati alcuni dei materiali più promettenti per progettare nuove architetture di calcolo oltre il CMOS convenzionale, caratterizzate da un basso dispendio energetico.

In quest’ottica, la micro e nanofabbricazione, ovvero la capacità di creare nuovi materiali e dispositivi artificiali con una precisione spaziale nanometrica, rappresenta un passaggio cruciale, consentendo di ottenere nuove funzionalità sfruttando i fenomeni fisici del materiale originario. Finora, la strutturazione di cristalli magnetici è stata per lo più limitata a microstrutture planari, ottenute trasferendo nel materiale un pattern tramite litografia a ottica / elettronica. Produrre pattern nanometrici però è estremamente difficile, a causa dei vincoli imposti dall'applicazione di tecniche di fabbricazione convenzionali a materiali così complessi. È interessante notare che un elemento comune a tutti gli ossidi magnetici è il fatto che le loro proprietà fisiche sono fortemente legate alla loro fase cristallina e alla concentrazione e al tipo di difetti.

NAMASTE mira a dimostrare una nuova metodologia, chiamata "nanoingegnerizzazione di fase" per nanostrutturare materiali cristallini magnetici, manipolandone direttamente le proprietà magnetiche con una risoluzione spaziale inferiore a 10 nm, tramite reazioni termiche altamente localizzate e controllabili.

Il primo obiettivo è dimostrare e ottimizzare una nuova metodologia di scrittura diretta, basata sulla combinazione di “litografia a scansione di sonda assistita termicamente” (t-SPL) e scrittura laser, applicata specificamente ai cristalli magnetici. Successivamente, la tecnica verrà utilizzata per creare nuovi nanomateriali artificiali con proprietà magnetiche controllate finemente. Infine, il progetto si concentrerà sulla realizzazione di una nuova classe di nanodispositivi per spintronica e magnonica.

Gli obiettivi di NAMASTE sono in sinergia con il mio progetto ERC, consentendo di estendere, ottimizzare e applicare il nuovo concetto di "nanoingegnerizzazione di fase" a una classe completamente nuova di materiali e proprietà. Insieme, la sinergia e lo scambio tra i due progetti consentiranno la realizzazione di una nuova classe di nanomateriali e dispositivi per la nanoelettronica, la spintronica e la magnonica.