جديد العلوم

أصغر مغناطيس في العالم.. بداية لطفرة جديدة فى عالم التكنولوجيا

تمكن فريق علمي أمريكي من مختبر “لورانس بيركلي” الوطني وجامعة كاليفورنيا من إنتاج المغناطيس الأنحف والأصغر في العالم مؤكدين أنه سيكون بداية لطفرة جديدة في عالم التكنولوجيا ستشهدها البشرية، وسوف يحدثون بفضله تطوراً هائلاً وغير مسبوق في المجالات التقنية.

قالت صحيفة “دايلي ميل” البريطانية إن المغناطيس الأنحف في العالم الذي تم ابتكاره في الولايات المتحدة لا يتجاوز سمكه ذرة واحدة، ويمكن أن يؤدي إلى تقدم هائل في مجال الحوسبة وفيزياء الكم.

الفريق العلمي تمكن من صناعة المغناطيس باستخدام تقنية ستكون قابلة للتطوير بسهولة، فهي تتميز بطبقة ذرية واحدة من أكسيد الزنك، تتخللها ذرات الكوبالت العرضية.

التقنية تستخدم آلية أساسية مختلفة عن المحاولات الأخرى لصنع مغناطيس ثنائي الأبعاد، حيث تحافظ على الإلكترونات الحرة في أكسيد الزنك على مغناطيسية الكوبالت.

ويبلغ سمك المغناطيس حوالي جزء من المليون من سمك ورقة، وهو أيضاً مرن وقادر على العمل في درجات الحرارة المحيطة، على عكس العديد من أقرانه.

وبالنظر إلى هذا، يمكن أن يجد التصميم تطبيقاً مهماً في عمليات تخزين البيانات التي تُسمى “spintronic” حيث يتم تشفير المعلومات باستخدام دوران الإلكترون، بدلاً من الشحن.

وأجرى الدراسة عالم المواد جي ياو من مختبر لورانس بيركلي الوطني وزملاؤه، حيث قال البروفيسور ياو: “نحن أول من صنع مغناطيساً ثنائي الأبعاد بدرجة حرارة الغرفة يكون مستقراً كيميائياً في ظل الظروف المحيطة”.

وأضاف زميله روي تشين أن الاكتشاف مثير أيضاً لأنه “يكشف عن آلية جديدة لتحقيق مواد مغناطيسية ثنائية الأبعاد”.

وغالباً ما تستخدم أجهزة الذاكرة حالياً أغشية مغناطيسية رفيعة نسبياً، ولكن عند النظر إليها على المستوى الذري فإنها لا تزال ثلاثية الأبعاد، بسماكة تتراوح من مئات إلى آلاف الذرات.

والمغناطيسات الأرق والأصغر التي تقترب من ثنائية الأبعاد جذابة للباحثين، حيث لديهم القدرة على تخزين البيانات بكثافات أعلى بكثير، مما يعني أن هناك حاجة إلى مساحة أقل للاحتفاظ بحجم معين من المعلومات.

ومع ذلك، في حين أظهرت استكشافات المواد المغناطيسية ثنائية الأبعاد حتى الآن واعدة، تميل هذه المغناطيسات إلى العمل في ظروف محددة، وتصبح غير مستقرة كيميائياً وغير وظيفية عند درجة حرارة قريبة من درجة حرارة الغرفة.

وأوضح البروفيسور ياو أن “المغناطيسات ثنائية الأبعاد الحديثة تحتاج إلى درجات حرارة منخفضة جدًا لتعمل، ولكن لأسباب عملية، يجب أن يعمل مركز البيانات في درجة حرارة الغرفة”.

وأضاف: “نظرياً، نعلم أنه كلما كان المغناطيس أصغر، زادت كثافة البيانات المحتملة للقرص”.

وتابع: “مغناطيسنا ثنائي الأبعاد ليس فقط الأول الذي يعمل في درجة حرارة الغرفة أو أعلى، ولكنه أيضاً أول مغناطيس يصل إلى الحد الحقيقي ثنائي الأبعاد، إنه رقيق مثل ذرة واحدة”.

ووفقاً للفريق، فإن تصميمهم المغناطيسي الجديد سيمهد الطريق أيضاً لطرق جديدة لدراسة فيزياء الكم.

وقال البروفيسور ياو: “يوفر مغناطيسنا الرقيق ذرياً منصة مثالية لاستكشاف العالم الكمي.. إنه يفتح كل ذرة واحدة للفحص، مما قد يكشف كيف تتحكم فيزياء الكم في كل ذرة مغناطيسية واحدة والتفاعلات بينها”.

وتابع: «باستخدام مغناطيس كبير تقليدي حيث يتم دفن معظم الذرات المغناطيسية بعمق داخل المادة، سيكون من الصعب جداً القيام بمثل هذه الدراسات».

ووفقاً لتشين، فإن الآلية الكامنة وراء المغناطيسية في مادتها والتي يسمونها «مغناطيس أكسيد الزنك المغطى بالكوبالت» تختلف عن تلك المستخدمة في الجهود السابقة لإنشاء مغناطيس ثنائي الأبعاد.

ويكمن الاختلاف، كما يسود الاعتقاد، في كيفية قدرة الإلكترونات الحرة من أكسيد الزنك (غير المغناطيسي) على العمل كوسيط، مما يضمن أن ذرات الكوبالت في الطبقة الذرية تشكتابير في الاتجاه الصحيح – مما يسمح لها بالبقاء مغناطيسية.

والإلكترونات الحرة هي مكونات التيارات الكهربائية، حيث تتحرك في نفس الاتجاه لتوصيل الكهرباء، كما أوضح البروفيسور ياو، الذي يقارن حركة الإلكترونات في المعادن أو أشباه الموصلات بتدفق الجزيئات في تيار من الماء.

وقال مؤلف الورقة والفيزيائي روبرت بيرجينو من جامعة كاليفورنيا: “أعتقد أن اكتشاف هذا المغناطيس الجديد القوي ثنائي الأبعاد حقاً في درجة حرارة الغرفة هو اختراق حقيقي”.

وأضاف: “بالإضافة إلى أهميته الواضحة لأجهزة (spintronic) فإن هذا المغناطيس ثنائي الأبعاد رائع على المستوى الذري، ويكشف لأول مرة كيف تتفاعل ذرات الكوبالت المغناطيسية على مسافات طويلة من خلال شبكة معقدة ثنائية الأبعاد. نتائجنا أفضل مما توقعنا، وهو أمر مثير حقاً. في معظم الأوقات في العلم، يمكن أن تكون التجارب صعبة للغاية. ولكن عندما تدرك أخيراً شيئاً جديداً، فإنه دائماً ما يكون مرضياً للغاية”.

مقالات ذات صلة

زر الذهاب إلى الأعلى