Gli elementi delle terre rare sono noti per le loro straordinarie proprietà magnetiche, che sono alla base dei magneti più potenti conosciuti. Questi elementi sono ampiamente utilizzati in vari dispositivi, tra cui i componenti informatici come i dischi rigidi.
Recentemente, gli scienziati hanno compiuto un passo avanti significativo nel campo della modifica delle proprietà magnetiche a livello subatomico. Contrariamente alla rappresentazione tradizionale degli atomi con gli elettroni che orbitano intorno al nucleo come piccoli pianeti, la realtà è diversa.
Gli elettroni, dotati di carica negativa, si respingono a vicenda, mentre il nucleo, carico positivamente, li mantiene uniti. Questa interazione tra forze consente agli elettroni di occupare determinate regioni, chiamate orbitali, in base alle proprietà meccaniche quantistiche.
Le etichette degli orbitali, come s, p, d e f, indicano diverse distribuzioni spaziali, con forme distinte. Gli elementi comuni più piccoli, come l’ossigeno e il carbonio, presentano solo orbitali s e p, mentre i metalli possiedono anche orbitali d. Le terre rare, come il terbio, possono avere sia orbitali d che f.
Per esempio, il terbio ha orbitali f e s, con numeri che indicano l’energia specifica di ciascun orbitale. L’orbitale 4f più esterno del terbio, che contiene otto elettroni, è cruciale per le sue proprietà magnetiche.
Attraverso l’utilizzo di impulsi laser ultrabrevi, gli scienziati sono riusciti a trasformare l’orbitale 4f del terbio in un orbitale completamente diverso chiamato 5d, più energetico e con una diversa distribuzione degli elettroni. Questo cambiamento, sebbene apparentemente minimo a livello quantistico, ha un impatto significativo sulle proprietà magnetiche dell’elemento.
Questo nuovo approccio offre la possibilità di controllare in modo preciso le proprietà del terbio utilizzando impulsi di raggi X, aprendo la strada a potenziali applicazioni innovative. Ad esempio, potrebbe rivoluzionare il settore della memorizzazione magnetica, eliminando la necessità di dispositivi come HAMR (Heat-Assisted Magnetic Recording), che utilizzano il calore per modificare i materiali magnetici.
Lo studio che ha portato a queste scoperte è stato pubblicato su Science Advances, suscitando grande interesse nel mondo scientifico per le possibilità offerte da questa nuova tecnologia.
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