Sono stati pubblicati sulla prestigiosa rivista internazionale Nature Communications risultati di una ricerca sull'effetto del caos nella dinamica di sistemi nano-magnetici che svela l'importante interazione che esiste tra il Caos e le fluttuazioni termiche in sistemi nanoscopici. Il lavoro è frutto della collaborazione tra le due università di Napoli, Università degli Studi di Napoli Federico II e Università degli Studi di Napoli "Parthenope", e la University of California Irvine ed è stato guidato dai docenti Claudio Serpico del Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Tecnologie dell'Informazione dell'Università Federico II, Massimiliano d'Aquino del Dipartimento di Ingegneria dell'Università Parthenope e Ilya Krivorotov dello Spintronics and Nanomagnetism Lab dell'Università di Irvine.

"Magnetization reversal driven by low dimensional chaos in a nanoscale ferromagnet", è il titolo dell'artcolo che è stato selezionato tra gli Editor's Highlights on Condensed-Matter Physics della rivista.

La sorprendente complessità che può insorgere nelle traiettorie di un sistema fisico non lineare fu scoperta da Henri Poincaré intorno al 1880, mentre studiava il problema dei tre corpi della meccanica celeste. Il problema incontrato da Poincaré venne poi riconosciuto come uno dei problemi fondamentali della meccanica classica, più tardi denominato Caos deterministico, e quest'ultimo si presenta nei campi più svariati delle scienze, come ad esempio la biologia, la fluidodinamica, l'astronomia, l'ingegneria meccanica.

La ricerca pubblicata su Nature Communications ha come risultato centrale la dimostrazione sperimentale della presenza del Caos deterministico nell'evoluzione della magnetizzazione di un sistema magnetico bistabile di scala nanometrica attraverso l'applicazione di una corrente elettrica alternata ad alta frequenza (1-4 GHz). Tale risultato è tra le prime evidenze di dinamica caotica in sistemi nanoscopici. A tal proposito, bisogna sottolineare che, in tali sistemi, il Caos è estremamente difficile da rilevare a causa delle forti fluttuazioni dovute all'agitazione termica che producono un comportamento stocastico in grado di nascondere gli effetti deterministici. Allo scopo di rivelare chiaramente e quantificare l'effetto del Caos deterministico in tale situazione, i ricercatori delle due università di Napoli hanno sviluppato una teoria in grado di prevedere l'impatto della dinamica caotica sulla statistica delle variazioni stocastiche della magnetizzazione indotte dalle fluttuazioni termiche in sistemi nano-magnetici. In base a queste previsioni teoriche, è stato caratterizzato e studiato sperimentalmente, nei laboratori dell'Università della California a Irvine, un nanosistema magnetico in grado di esibire l'effetto misurabile del Caos. I risultati sperimentali confermano quantitativamente le previsioni teoriche in un ampio intervallo di condizioni.

In sintesi, questo lavoro svela l'importante interazione che esiste tra il Caos e le fluttuazioni termiche in sistemi nanoscopici. Tale risultato, tra le prime evidenze sperimentali di dinamiche caotiche in sistemi di questa dimensione, è rilevante sia per la ricerca di base sui sistemi caotici, sia per le applicazioni nel campo delle Tecnologie dell'Informazione e della Comunicazione. Infatti, l'uso di correnti ad alta frequenza per facilitare l'inversione della magnetizzazione di un nanomagnete, in presenza di dinamiche caotiche, apre la strada a nuove ed efficienti strategie per l'implementazione di dispositivi di memoria e computazione logica su nanoscala e a basso consumo di energia.

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