Di Pesach Benson • 17 luglio 2025

Gerusalemme, 17 luglio 2025 (TPS-IL) — Un team di scienziati israeliani, americani e britannici ha risolto un mistero della fisica vecchio di un secolo rilevando segnali magnetici elusivi in metalli ordinari — utilizzando nient’altro che luce visibile, ha annunciato giovedì l’Università Ebraica di Gerusalemme. I risultati aprono una nuova frontiera per la scienza dei materiali, l’elettronica e le tecnologie quantistiche.

Lo studio, pubblicato sulla rivista peer-reviewed Nature Communications, segna la prima volta che un fenomeno ottico chiamato effetto Hall è stato osservato in metalli non magnetici come rame, oro e alluminio.

L’effetto Hall — scoperto nel 1879 — è un fenomeno in cui le correnti elettriche si piegano in un campo magnetico. Nei materiali magnetici come il ferro, questo produce un segnale forte e misurabile. Ma nei metalli non magnetici, l’effetto è molto più sottile. Gli scienziati hanno a lungo teorizzato che una versione correlata che coinvolge la luce — l’effetto Hall ottico — dovesse esistere, permettendo ai ricercatori di “vedere” come gli elettroni rispondono ai campi magnetici. Eppure, per oltre un secolo, questo è rimasto nascosto alla vista.

“Era come cercare di sentire un sussurro in una stanza rumorosa”, ha detto il Prof. Amir Capua dell’Istituto di Ingegneria Elettrica e Fisica Applicata dell’Università Ebraica. “Tutti credevano che il sussurro fosse lì, ma non avevamo un microfono abbastanza sensibile per captarlo.”

Guidato dal candidato Ph.D. Nadav Am Shalom e da Capua, e lavorando con collaboratori dell’Istituto Weizmann, della Pennsylvania State University e dell’Università di Manchester, il team ha sviluppato un approccio innovativo che ha portato l’effetto elusivo a fuoco.

Utilizzando una versione raffinata dell’effetto Kerr magneto-ottico (MOKE), i ricercatori hanno combinato un laser blu da 440 nanometri con un campo magnetico rapidamente modulato. Questo ha notevolmente aumentato la sensibilità della tecnica — di ordini di grandezza — permettendo loro di rilevare riflessi magnetici in metalli precedentemente ritenuti troppo silenziosi per essere misurati. Il MOKE è un fenomeno fisico in cui la polarizzazione o l’intensità della luce cambia quando si riflette su una superficie magnetizzata.

“Si potrebbe pensare a metalli come il rame o l’oro come magneticamente inerti — non si attaccano al frigorifero come il ferro”, ha spiegato Capua. “Ma nelle giuste condizioni, reagiscono ai campi magnetici, solo in modi estremamente sottili. Per la prima volta, possiamo ora rilevare quelle reazioni usando la luce visibile.”

Fino ad ora, gli scienziati che tentavano di misurare questi effetti si affidavano a sonde elettriche collegando fisicamente minuscoli fili a dispositivi su scala nanometrica, un processo difficile, lento e dirompente. Questo nuovo metodo, al contrario, non richiede alcun contatto fisico. Un semplice raggio di luce è sufficiente per scoprire il comportamento magnetico.

Ancora più sorprendentemente, i ricercatori hanno scoperto che i deboli segnali ottici — a lungo liquidati come rumore di fondo — trasportavano informazioni significative. Questo “rumore” seguiva uno schema distinto legato all’accoppiamento spin-orbita, un’interazione quantomeccanica che collega il modo in cui gli elettroni si muovono al modo in cui ruotano. Comprendere questo comportamento è cruciale per sviluppare l’elettronica di prossima generazione come la memoria spintronica e i dispositivi logici quantistici.

“È come scoprire che lo statico su una radio non è solo interferenza — è un messaggio nascosto”, ha detto Am Shalom. “Sintonizzando i nostri strumenti nel modo giusto, abbiamo trovato un modo per ascoltare ciò che gli elettroni stanno realmente dicendo.”

Le implicazioni sono di vasta portata. Questo metodo non solo apre un nuovo modo non invasivo per studiare il comportamento magnetico nei metalli comuni, ma fornisce anche un nuovo strumento per caratterizzare i materiali a livello atomico. Gli ingegneri potrebbero utilizzare queste informazioni per costruire processori più veloci, sensori più precisi e sistemi di calcolo a basso consumo basati su effetti quantistici.

“Questa ricerca trasforma un problema scientifico di quasi 150 anni in una potente nuova opportunità”, ha detto Capua.