آلية “الانقسام” تدور الإلكترون في مادة مغناطيسية – يمكن أن تمكن أجهزة ذاكرة جديدة موفرة للطاقة
اكتشف العلماء استراتيجية لتحويل المغنطة في طبقات رقيقة من المغناطيس الحديدي، وهي تقنية يمكن أن تؤدي في النهاية إلى تطوير أجهزة ذاكرة مغناطيسية أكثر كفاءة في استخدام الطاقة. (مفهوم الفنان.)
حدد باحثو كورنيل طريقة لتبديل المغناطيسية في طبقات رقيقة من المغناطيس الحديدي عن طريق تثبيت المادة المناسبة في الزاوية الصحيحة – وهي تقنية يمكن أن تؤدي في النهاية إلى تطوير أجهزة ذاكرة مغناطيسية أكثر كفاءة في استخدام الطاقة.
نُشرت الورقة البحثية التي أعدها فريق البحث بعنوان “التيار المغزلي المائل الذي يولده المغنطيسي المضاد لثاني أكسيد الروثينيوم”، اليوم (5 مايو 2022) في مجلة Nature Electronics .
المؤلفون المشاركون في البحث هم باحث ما بعد الدكتوراه Arnab Bose وطلاب الدكتوراه Nathaniel Schreiber و Rakshit Jain.
على مدى عقود، حاول الفيزيائيون تغيير اتجاه دوران الإلكترون في المواد المغناطيسية عن طريق معالجتها بالمجالات المغناطيسية.
لكن العلماء، بمن فيهم دان رالف، أستاذ الفيزياء في كلية الآداب والعلوم بجامعة نيومان وكبير مؤلفي الورقة البحثية، نظروا بدلاً من ذلك إلى استخدام التيارات الدورانية التي تحملها الإلكترونات، والتي توجد عندما تدور الإلكترونات في الغالب في اتجاه واحد.
عندما تتفاعل تيارات السبين هذه مع طبقة مغناطيسية رقيقة، فإنها تنقل زخمها الزاوي وتولد عزمًا كافيًا لتبديل المغنطة 180 درجة.
(عملية تبديل هذا الاتجاه المغناطيسي هي الطريقة التي يكتب بها المرء المعلومات في أجهزة الذاكرة المغناطيسية.)
ركز فريق رالف على إيجاد طرق للتحكم في اتجاه الدوران في التيارات الدورانية عن طريق توليدها بمواد مغناطيسية مضادة.
في المغناطيسات المغناطيسية المضادة، يشير كل إلكترون آخر يدور في الاتجاه المعاكس، وبالتالي لا يوجد مغنطة صافية.
قال رالف: “بشكل أساسي، يمكن للترتيب المغنطيسي المضاد أن يخفض تماثلات العينات بما يكفي للسماح بوجود توجهات غير تقليدية لتيار الدوران”.
“يبدو أن آلية المغناطيسات الحديدية المضادة تفسح المجال للحصول على تيارات دوران قوية إلى حد ما أيضًا.”
كان الفريق يجرِّب ثنائي أكسيد الروثينيوم المغنطيسي المضاد وقياس الطرق التي تُمِل بها التيارات الدورانية المغناطيسية في طبقة رقيقة من سبيكة مغناطيسية من النيكل والحديد تُدعى بيرمالوي ، وهي مغناطيس حديدي ناعم.
من أجل تحديد المكونات المختلفة لعزم الدوران، قاموا بقياس آثاره في مجموعة متنوعة من زوايا المجال المغناطيسي.
“لم نكن نعرف ما رأيناه في البداية. كان الأمر مختلفًا تمامًا عما رأيناه من قبل، واستغرق الأمر منا الكثير من الوقت لمعرفة ما هو، “قال جين.
“أيضًا، من الصعب دمج هذه المواد في أجهزة الذاكرة، ونأمل أن نجد مواد أخرى تُظهر سلوكًا مشابهًا يمكن دمجها بسهولة.”
حدد الباحثون في النهاية آلية تسمى “الانقسام المغزلي المعتمد على الزخم” وهي فريدة من نوعها لأكسيد الروثينيوم والمغناطيسات المضادة الأخرى في نفس الفئة.
“لفترة طويلة، افترض الناس أن الإلكترونات في المغانط المغناطيسية تدور لأعلى وتدور لأسفل دائمًا تتصرف بالطريقة نفسها.
قال رالف: “هذه الفئة من المواد هي حقًا شيء جديد”. “الدول الإلكترونية تدور لأعلى وتدور لأسفل بشكل أساسي لها تبعيات مختلفة.
بمجرد أن تبدأ في تطبيق المجالات الكهربائية، فإن ذلك يمنحك على الفور طريقة لصنع تيارات تدور قوية لأن الإلكترونات التي تدور لأعلى وتدور لأسفل تتفاعل بشكل مختلف.
لذا يمكنك تسريع أحدهما أكثر من الآخر والحصول على تيار دوران قوي بهذه الطريقة “.
تم افتراض هذه الآلية ولكن لم يتم توثيقها من قبل. عندما يتم توجيه التركيب البلوري في المغناطيس المضاد بشكل مناسب داخل الأجهزة، تسمح الآلية بإمالة تيار الدوران بزاوية يمكن أن تتيح التبديل المغناطيسي بكفاءة أكبر من تفاعلات المدار الدوراني الأخرى.
يأمل فريق رالف الآن في إيجاد طرق لصنع مغناطيس مغناطيسي مضاد يمكنهم من خلاله التحكم في بنية المجال – أي المناطق التي تصطف فيها اللحظات المغناطيسية للإلكترونات في نفس الاتجاه – ودراسة كل مجال على حدة، وهو أمر يمثل تحديًا لأن المجالات هي مختلطة عادة.
في النهاية، يمكن أن يؤدي نهج الباحثين إلى تطورات في التقنيات التي تتضمن ذاكرة الوصول العشوائي المغناطيسية.
قال رالف: “إن الأمل هو صنع أجهزة ذاكرة مغناطيسية فعالة للغاية وكثيفة للغاية وغير متطايرة من شأنها تحسين أجهزة ذاكرة السيليكون الموجودة”.
“سيسمح ذلك بتغيير حقيقي في طريقة عمل الذاكرة في أجهزة الكمبيوتر لأنه سيكون لديك شيء يتمتع بشكل أساسي بقدرة تحمل لا نهائية، وكثيفة جدًا، وسريعة جدًا، وتبقى المعلومات حتى إذا تم إيقاف تشغيل الطاقة. لا توجد ذاكرة تفعل ذلك هذه الأيام “.
المصدر: scitechdaily
شاهد ايضا:
