Une grande partie de la « mémoire » du monde et toutes nos activités numériques sont basées sur les médias, disques durs, où l'information est codée grâce au magnétisme, en orientant le spin des électrons dans un sens ou dans l'autre.

Une équipe internationale de scientifiques dirigée par le physicien italien Stefano Bonetti, professeur à l'Université Ca' Foscari de Venise et à l'Université de Stockholm, a réussi pour la première fois à observer la « nutation » de ces spins dans des matériaux magnétiques, c'est-à-dire les oscillations de leur axe pendant la précession. La période de nutation mesurée était de l'ordre d'une picoseconde :un millième de milliardième de seconde. La découverte a été publiée par Physique de la nature .

L'axe d'un spin effectue la nutation et la précession, comme pour tout objet qui tourne, des toupies aux planètes. Dans cette recherche, les physiciens ont observé expérimentalement que la nutation de l'axe de spin magnétique est 1000 fois plus rapide que la précession, un rapport curieusement similaire à celui de la Terre.

Cette nouvelle découverte sur des caractéristiques physiques des spins jusqu'alors inconnues est fondamentale dans la recherche pour rendre les technologies numériques toujours plus rapides, compact et énergétiquement efficace. Pour manipuler ces phénomènes à des échelles de temps de millièmes de milliardièmes de seconde, cependant, nous devons d'abord connaître leur dynamique, y compris la dynamique inertielle.

"C'est la première preuve directe et expérimentale des mouvements inertiels des spins magnétiques, " explique Stefano Bonetti, qui coordonne un projet ERC sur le magnétisme ultrarapide, « avec des implications qui affectent, par exemple, des centres de données qui stockent la quasi-totalité des informations numériques de l'humanité en bits avec le pôle nord vers le haut ou vers le bas, codant ainsi les 0 et les 1 de l'ordinateur. Lorsque ces rotations sont inversées pour écrire des informations, la précession et la nutation entrent également en jeu. Connaître la période de nutation devient essentiel à mesure que la vitesse de rotation augmente. Ce premier constat de ces mouvements ouvre la voie aux nouvelles technologies pour améliorer l'efficacité de nos activités numériques, lequel, parmi toutes les activités humaines, enregistrent la plus forte augmentation de la consommation d'énergie."

L'expérience

L'expérience a nécessité une collaboration avec plusieurs laboratoires scientifiques européens en Allemagne (Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Université de technologie de Chemnitz, Université de Duisbourg-Essen, Centre aérospatial allemand (DLR), TU Berlin) France (École Polytechnique) et Italie (Université Federico II de Naples et Université 'Parthenope' de Naples), avec la mesure clé réalisée au Helmholtz Research Center de Dresde-Rossendorf, Allemand. Dans ce centre, le laboratoire TELBE est capable de générer le rayonnement térahertz intense (c'est-à-dire la gamme de fréquences entre les micro-ondes et l'infrarouge) nécessaire à l'expérience. Le groupe dirigé par Stefano Bonetti a été parmi les premiers groupes à utiliser ce laboratoire et a contribué au développement de la machine proprement dite.

"Les premières expériences ont été difficiles, " dit le physicien Ca' Foscari, "mais, après quelques années, la machine fonctionnait déjà à des performances très élevées. Ces mesures ont été faites sur une année, à trois occasions différentes, pour vérifier la reproductibilité de cet effet jamais observé auparavant."

Les activités de Stefano Bonetti s'inscrivent dans un contexte plus large d'investissement de l'université vénitienne dans la recherche scientifique et l'enseignement du Département des sciences moléculaires et des nanosystèmes. A partir de cette année académique, ce département lance une formation diplômante en Génie Physique, coordonné par Bonetti, lui-même ingénieur en physique, "La science est en constante évolution, et qui sait ce que nous explorerons dans dix ans, mais l'idée du nouveau programme d'études est précisément de préparer une nouvelle génération de scientifiques qui seront prêts à relever les défis de l'avenir."