“أفضل بـ 100 مرة” – الدوامات المغناطيسية الصغيرة يمكنها تحويل أجهزة الكمبيوتر عالية الأداء
المجالات المغناطيسية التي تم إنشاؤها بواسطة السماء في صفيحة ثنائية الأبعاد من مادة مكونة من الحديد والجرمانيوم والتيلوريوم. الائتمان: مختبر أرجون الوطني
يمكن أن تحدث الدوامات المغناطيسية الصغيرة ثورة في تخزين ذاكرة الكمبيوتر عالي الأداء.
يخلق المغناطيس مجالات غير مرئية تجذب مواد معينة. مثال مألوف هو مغناطيس الثلاجة. ومع ذلك، فإنها تلعب أيضًا دورًا حيويًا في تخزين البيانات في أجهزة الكمبيوتر. من خلال استغلال اتجاه المجال المغناطيسي (على سبيل المثال، لأعلى أو لأسفل)، يمكن للمغناطيسات الشريطية المجهرية تخزين جزء واحد من الذاكرة كصفر أو واحد، وهو أساس لغة الكمبيوتر.
يعمل العلماء في مختبر أرجون الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية على استبدال مغناطيسات القضبان هذه بدوامات مغناطيسية صغيرة، تُعرف باسم Skyrmions. تتشكل هذه الدوامات، التي تكون صغيرة مثل جزء من المليار من االمتر،في مواد مغناطيسية معينة ولديها القدرة على إحداث جيل جديد من الإلكترونيات الدقيقة لتخزين الذاكرة في أجهزة الكمبيوتر عالية الأداء.
“المغناطيسات الشريطية في ذاكرة الكمبيوتر تشبه أربطة الحذاء المربوطة بعقدة واحدة؛ قال آرثر ماكراي ، طالب دراسات عليا في جامعة نورث وسترن يعمل في قسم علوم المواد (MSD) في أرغون، “لا يتطلب الأمر أي طاقة تقريبًا للتراجع عنها”. وأي خلل في مغناطيس البار بسبب بعض الاضطرابات سيؤثر على الآخرين.
“على النقيض من ذلك، فإن السماء مثل أربطة الحذاء مربوطة بعقدة مزدوجة. بغض النظر عن مدى صعوبة شد الخصلة، تظل أربطة الحذاء مربوطة “. وبالتالي فإن Skyrmions مستقرة للغاية لأي اضطراب. ميزة أخرى مهمة هي أن العلماء يمكنهم التحكم في سلوكهم عن طريق تغيير درجة الحرارة أو تطبيق تيار كهربائي.
تغيير تجمعات Skyrmion من مرتبة عالية إلى غير مرتبة بدرجة حرارة من -92 فهرنهايت (204 كلفن) إلى -272 فهرنهايت (104 كلفن). تشير النقاط المضيئة إلى الترتيب. الائتمان: مختبر أرجون الوطني
العلماء لديهم الكثير لنتعلمه عن سلوك السماء في ظل ظروف مختلفة. لدراستها، طور الفريق بقيادة Argonne برنامج ذكاء اصطناعي (AI) يعمل مع مجهر إلكتروني عالي الطاقة في مركز المواد النانوية (CNM)، وهو مرفق مستخدم لمكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة في أرجون. يمكن للمجهر تصور السماء في عينات في درجات حرارة منخفضة للغاية.
المواد المغناطيسية للفريق عبارة عن مزيج من الحديد والجرمانيوم والتيلوريوم. في الهيكل، هذه المادة تشبه كومة من الورق مع العديد من الأوراق. تحتوي كومة من هذه الأوراق على العديد من السماء، ويمكن تقشير ورقة واحدة من الأعلى وتحليلها في منشآت مثل CNM.
قال Yue Li ، أحد المعينين بعد الدكتوراه في MSD: “لقد مكننا مجهر CNM الإلكتروني إلى جانب شكل من أشكال الذكاء الاصطناعي يسمى التعلم الآلي من تصور صفائح Skyrmion وسلوكها في درجات حرارة مختلفة”.
قال Charudatta Phatak ، عالم المواد وقائد المجموعة في MSD: “كان اكتشافنا الأكثر إثارة للاهتمام هو أن السماء مرتبة في نمط مرتب للغاية عند درجة حرارة أقل من 60 درجة فهرنهايت وما فوق”. “ولكن عندما نبرد العينة، يتغير ترتيب السماء.” مثل الفقاعات في رغوة البيرة، أصبحت بعض السماء أكبر، وبعضها أصغر، وبعضها يندمج، والبعض الآخر يختفي.
عند سالب 270، وصلت الطبقة إلى حالة من الفوضى شبه الكاملة، لكن الترتيب عاد عندما عادت درجة الحرارة إلى 60 تحت الصفر. يمكن استغلال هذا التحول في اضطراب الترتيب مع تغير درجة الحرارة في الإلكترونيات الدقيقة المستقبلية لتخزين الذاكرة.
قال ماكراي: “نقدر أن كفاءة الطاقة في السماء يمكن أن تكون 100 إلى 1000 مرة أفضل من الذاكرة الحالية في أجهزة الكمبيوتر عالية الأداء المستخدمة في البحث”.
كفاءة الطاقة ضرورية للجيل القادم من الإلكترونيات الدقيقة. تمثل الإلكترونيات الدقيقة اليوم بالفعل جزءًا ملحوظًا من استخدام الطاقة في العالم ويمكن أن تستهلك ما يقرب من 25 ٪ خلال العقد. يجب العثور على إلكترونيات أكثر كفاءة في استخدام الطاقة.
قال فاتاك: “لدينا طريقة لنقطعها قبل أن تجد السماء المضيئة طريقها إلى أي ذاكرة كمبيوتر مستقبلية ذات طاقة منخفضة”. “ومع ذلك، فإن هذا النوع من التفكير الجذري الجديد في الإلكترونيات الدقيقة هو مفتاح أجهزة الجيل التالي.”
المصدر: scitechdaily
شاهد المزيد:
