قفزة الكم المغناطيسية تطلق العنان لأجهزة الكمبيوتر فائقة السرعة المستدامة
نجح الباحثون لأول مرة في عرض جهاز يعتمد على مادة مغناطيسية ثنائية الأبعاد في درجة حرارة الغرفة. تظهر البلورة المغناطيسية ثنائية الأبعاد على شكل كرات زرقاء وصفراء وبيضاء وهي مزيج من ذرات الحديد والتيلوريوم والجرمانيوم. يشير السهم الفيروزي الكبير إلى اتجاه مغنطة المغناطيس ثنائي الأبعاد. البلورة ذات اللون الرمادي هي ذرات الكربون في قناة الجرافين. تشير الأسهم الفيروزية الأصغر إلى الإلكترونات ذات الاستقطاب الدوراني المحقونة من المغناطيس ثنائي الأبعاد في قناة الجرافين. هنا، يعمل المغناطيس ثنائي الأبعاد كمصدر للإلكترونات المستقطبة بالدوران وقناة الجرافين لنقل الدوران والاتصال. الائتمان: تشالمرز / بينغ تشاو
يُعتقد أن اكتشاف مواد كمومية جديدة بخصائص مغناطيسية يمهد الطريق لأجهزة الكمبيوتر والأجهزة المحمولة فائقة السرعة والأكثر كفاءة في استخدام الطاقة. حتى الآن، ثبت أن هذه الأنواع من المواد تعمل فقط في درجات حرارة شديدة البرودة. الآن، يعد فريق البحث في جامعة تشالمرز للتكنولوجيا في السويد أول من صنع جهازًا مصنوعًا من مادة كمومية مغناطيسية ثنائية الأبعاد تعمل في درجة حرارة الغرفة.
يؤدي التوسع السريع في مجال تكنولوجيا المعلومات اليوم إلى توليد كميات هائلة من البيانات الرقمية التي يجب تخزينها ومعالجتها ونقلها. يأتي هذا مع الحاجة المتزايدة للطاقة – من المتوقع أن تستهلك أكثر من 30 في المائة من إجمالي استهلاك الطاقة في العالم بحلول عام 2050. ولمكافحة هذه المشكلة، أدخل مجتمع البحث نموذجًا جديدًا في علم المواد. لقد فتح البحث والتطوير للمواد الكمومية ثنائية الأبعاد، التي تتكون في صفائح ولا يزيد سمكها عن بضع ذرات، أبوابًا جديدة لتخزين ومعالجة البيانات بشكل مستدام وأسرع وأكثر كفاءة في استخدام الطاقة في أجهزة الكمبيوتر والهواتف المحمولة.
كانت أول مادة رقيقة ذريًا يتم عزلها في المختبر هي الجرافين، وهو مستوى ذرة واحدة سميك من الجرافيت، نتج عنه جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2010. وفي عام 2017، تم اكتشاف مواد ثنائية الأبعاد بخصائص مغناطيسية لأول مرة. تلعب المغناطيسات دورًا أساسيًا في حياتنا اليومية، بدءًا من المستشعرات في سياراتنا وأجهزتنا المنزلية إلى تخزين بيانات الكمبيوتر وتقنيات الذاكرة، وفتح الاكتشاف لحلول جديدة وأكثر استدامة لمجموعة واسعة من الأجهزة التكنولوجية.
بنج جاو، ما بعد الدكتوراه في فيزياء الأجهزة الكمية، جامعة تشالمرز للتكنولوجيا، السويد. الائتمان: تشالمرز
“المواد المغناطيسية ثنائية الأبعاد أكثر استدامة لأنها رقيقة ذريًا وتوفر خصائص مغناطيسية فريدة تجعلها جذابة لتطوير تطبيقات جديدة موفرة للطاقة وسريعة للغاية لأجهزة الاستشعار والذاكرة المغناطيسية المتقدمة ومفاهيم الحوسبة. هذا ما يجعلهم مرشحين واعدين لمجموعة من التقنيات المختلفة، “كما يقول ساروج داش، أستاذ فيزياء الأجهزة الكمية في جامعة تشالمرز للتكنولوجيا.
أول من أظهر الأجهزة ثنائية الأبعاد القائمة على المغناطيس في درجة حرارة الغرفة
حتى الآن، كان الباحثون قادرين فقط على إظهار مغناطيس ثنائي الأبعاد في درجات حرارة منخفضة للغاية في البيئات المختبرية، والتي تسمى درجات الحرارة المبردة، مما يثبط استخدامها على نطاق أوسع في المجتمع. ولكن الآن تمكنت مجموعة من الباحثين في جامعة تشالمرز للتكنولوجيا من إثبات، لأول مرة، جهازًا مغناطيسيًا جديدًا ثنائي الأبعاد قائم على مادة مغناطيسية في درجة حرارة الغرفة. استخدموا سبيكة حديدية (Fe5GeTe2) مع الجرافين والتي يمكن استخدامها كمصدر وكاشف للإلكترونات المستقطبة الدورانية *. ويعتقد الآن أن هذا الاختراق يتيح مجموعة من التطبيقات التقنية في العديد من الصناعات وكذلك في حياتنا اليومية.
ساروج داش، أستاذ، مختبر فيزياء الأجهزة الكمية، جامعة تشالمرز للتكنولوجيا. الائتمان: تشالمرز / أوسكار ماتسون
“يمكن استخدام هذه المغناطيسات ثنائية الأبعاد لتطوير أجهزة ذاكرة فائقة الصغر وأسرع وأكثر كفاءة في استخدام الطاقة في أجهزة الكمبيوتر. يمكن أيضًا استخدامها لتطوير مستشعرات مغناطيسية عالية الحساسية لمجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك المراقبة الطبية والبيئية والملاحة والتواصل “، كما يوضح بنج جاو، ما بعد الدكتوراه في فيزياء الأجهزة الكمية والمؤلف الأول للدراسة.
* تعتمد أجهزة المنطق الإلكترونية التقليدية على أشباه الموصلات غير المغناطيسية وتستخدم تدفق الشحنات الكهربائية لتحقيق معالجة المعلومات والاتصال. من ناحية أخرى، تستغل أجهزة Spintronic دوران الإلكترونات لتوليد تيارات الشحن والتحكم فيها، وتحويل الإشارات الكهربائية والمغناطيسية. من خلال الجمع بين المعالجة والتخزين والاستشعار والمنطق في منصة واحدة متكاملة، يمكن أن تكمل الإلكترونيات السفلية، وفي بعض الحالات، تتفوق في الأداء على الإلكترونيات القائمة على أشباه الموصلات، مما يوفر مزايا من حيث القياس واستهلاك الطاقة وسرعة معالجة البيانات.
تم وصف العرض التوضيحي في الدراسة التي تم نشرها في المجلة العلمية Advanced Materials ، بعنوان “صمام دوران درجة حرارة الغرفة مع مغناطيس van der Waals Ferromagnet Fe 5 GeTe 2 / Graphene Heterostructure” . مؤلفو الدراسة هم Bing Zhao و Roselle Ngaloy و Sukanya Ghosh و Soheil Ershadrad و Rahul Gupta و Khadiza Ali و Anamul M. ساروج ب.داش.
المرجع: “صمام دوران درجة حرارة الغرفة مع مغناطيس فان دير فالس الحديدى Fe5GeTe2 / Graphene Heterostructure” بقلم بنج جاو، روزيل نجالوي ، سوكانيا غوش، سهيل إرشاداد ، راهول جوبتا، خديزة علي، أنامول ميد. هوك، بوجدان كاربياك ، ديمتريلي خوخى ، بالاسوبرامانيان ثياغاراجان ، أليكسي كالابوخوف ، بيتر سفيدليند ، ببلاب سانيال وساروج ب.داش ، 15 يناير 2023، المواد المتقدمة.
DOI: 10.1002 / adma.202209113
ينشط الباحثون في جامعة تشالمرز للتكنولوجيا وجامعة أوبسالا ومختبر ماكس الرابع في جامعة لوند بالسويد.
تم تمويل المشروع من قبل: الاتحاد الأوروبي الجرافين الرائد، ومجلس البحوث السويدي، ومركز الكفاءة 2DTECH Vinnova ، ومبادرة Wallenberg حول علوم المواد من أجل عالم مستدام (WISE)، ومشاريع الاتحاد الأوروبي FLAG-ERA
المصدر: scitechdaily
قد يهمك:
