La tradizionale teoria del magnetismo distingue tra materiali ferromagnetici (quelli con cui vengono realizzate le calamite) - in cui gli spin degli elettroni si “allineano” generando una magnetizzazione non nulla al di sotto di una temperatura critica – e antiferromagnetici, in cui gli spin degli elettroni su atomi vicini sono orientati nella stessa direzione ma con verso opposto, generando una magnetizzazione nulla. I ferromagneti sono materiali ideali per applicazioni in spintronica (elettronica basata sullo spin), ma sono soggetti a campi magnetici “parassiti”, che limitano l’efficienza e la velocità dei dispositivi di interesse tecnologico. Al contrario, gli antiferromagneti non sono soggetti a campi magnetici parassiti, ma presentano lo svantaggio di non essere facilmente controllabili con un campo magnetico esterno, poiché non possiedono una magnetizzazione netta.
Un materiale che racchiudesse “il meglio dei due mondi” è sembrato diventare disponibile attorno al 2022, con la scoperta del “terzo stato del magnetismo”: l’altermagnetismo. Gli altermagneti sono materiali in cui gli stati elettronici con spin in una direzione hanno energia diversa da quelli con spin nella direzione opposta, nonostante la magnetizzazione nulla. Vista la grande rilevanza, anche in chiave tecnologica, della scoperta, l’altermagnetismo è stato incluso, unico in area fisica, dalla rivista Science nella lista delle “principali scoperte scientifiche del 2024”.
Il gruppo di ricerca del Dipartimento di Scienza dei Materiali coordinato dalla Prof.ssa Silvia Picozzi, in collaborazione con il Prof. Riccardo Comin del Massachusetts Institute of Technology (MIT) di Boston, ha identificato un nuovo e promettente materiale altermagnetico, lo ioduro di nichel, NiI2. La scoperta, pubblicata sulla prestigiosa rivista Nature (Impact Factor 48.5, 2024 Journal Impact Factor, Journal Citation Reports (Clarivate Analytics, 2025)) nell’articolo intitolato “Electrical switching of a p-wave magnet” (doi: s41586-025-09034-7), pone le basi per lo sviluppo di una nuova categoria di materiali che possono consentire la realizzazione di dispositivi spintronici caratterizzati da bassi consumi di potenza ed elevatissima velocità di operazione. Ad esempio, memorie RAM spintroniche hanno mostrato un risparmio energetico superiore al 95% rispetto ai convenzionali dispositivi CMOS. Si tenga presente che il consumo energetico dei grandi data center già ora pesa per oltre il 2% del consumo energetico totale mondiale.
In particolare, il gruppo dell'Università di Milano-Bicocca si è occupato dello sviluppo della teoria e delle analisi computazionali, mentre il gruppo statunitense ha svolto la caratterizzazione sperimentale, dal punto di vista fisico e funzionale. Sebbene NiI2 sia un fondamentale “sistema modello” per approfondire la conoscenza dei materiali altermagnetici, non può ancora essere utilizzato in dispositivi reali a causa della bassa temperatura di transizione allo stato magnetico desiderato. Il prossimo passo sarà quindi utilizzare tutte le conoscenze acquisite per il NiI2 per progettare un materiale in cui le stesse proprietà scoperte rimangano stabili a temperatura ambiente.