على عكس ما تقترحه شركة معينة من شركات الدونات، فإن العالم في الواقع يعمل بالمغناطيسية.
إنه ضروري لتوليد الطاقة، وبناء المركبات (الكهربائية)، وتشغيل التقنيات الطبية المنقذة للحياة مثل أسلوب السايبربانك. قلوب من التيتانيوم مع دوارات مرفوعة.
تأتي المغناطيسية في أشكال متعددة، لكن اثنين منها يمكن الارتباط بهما على الفور.
في المغناطيسية الحديدية، تصطف العزوم المغناطيسية (الحقول الصغيرة) للجزيئات المكونة للمادة في اتجاه معين لإنشاء مجال مغناطيسي أكبر – الإعداد الكلاسيكي للقطب الشمالي والجنوبي لمغناطيس الثلاجة. ولكن هذا يولد مجالات ضالة يمكن أن تتداخل مع رقائق الكمبيوتر والأجهزة الإلكترونية الأخرى.
في المغناطيسية المضادة، تشير العزوم المغناطيسية في اتجاهين متعاكسين وتلغي بعضها البعض، لذلك لا يوجد قطب شمالي أو جنوبي شامل على الإطلاق. وهذا يسحق الحقول الضالة ولكن أيضًا الخصائص الجذابة التي (بالمعنى الحرفي والمجازي) قد تجعل المادة مفيدة.
إذا أمكن للمرء، ربما، الجمع بين أفضل ما في العالمين، على سبيل المثال، في مادة متعددة الاستخدامات ولكنها رقيقة، فيمكن أن يثبت أنها بارزة في عالم من التقنيات الكهرومغناطيسية الآخذة في التقلص.
ومن المثير للدهشة أن العلماء أفادوا بأنهم فعلوا ذلك، محققين أول دليل تجريبي على ذلك المغناطيسية البديلة – نوع من المغناطيسية تم تأكيده مؤخرًا – في مادة تشبه الساندويتش ولها العديد من التطبيقات المستقبلية.
في ورقة نشرت في المجلة اتصالات الطبيعةقام فريق من الفيزيائيين بتكوين بلورات من مادة تسمى Co₁/₄TaSe₂. يبدو هذا غامضًا بشكل لا يصدق ولكنه يتكون فقط من ثلاثة عناصر: الكوبالت والتنتالوم والسيلينيوم (ونسبها).
يتطلب دمجها بطريقة مفيدة تجريبيًا “خبزها” في درجة حرارة تزيد عن 900 درجة مئوية (1700 درجة فهرنهايت) على مدار أسبوعين.
“تتميز هذه المواد عن مضادات المغناطيس التقليدية بقدرتها على توليد وكشف التيارات الدورانية دون التأثير السلبي لإنتاج مجالات ضالة.” يشرح ماداب نوباني، أستاذ الفيزياء بجامعة سنترال فلوريدا (UCF) والمؤلف المقابل للدراسة.
“هذه الخاصية الجديدة تجعلها في وضع جيد جدًا للاستخدام في العديد من التطبيقات المختلفة – بما في ذلك الإلكترونيات السبينية وأجهزة الذاكرة فائقة السرعة وشبكات تيراهيرتز والإلكترونيات الموفرة للطاقة.”
مادة Co₁/₄TaSe₂، وهي ليست جديدة على العلم في حد ذاتها، مصنوعة من طبقات تتكون من التنتالوم المعدني والسيلينيوم غير المعدني.
بين هذه الطبقات، قام الباحثون برش ذرات من معدن الكوبالت المغناطيسي، لإنشاء صالة ألعاب كمومية من الناحية الهيكلية يمكنها تغيير الإلكترونات أثناء مرورها عبرها.
لتأكيد المغناطيسية البديلة، استخدم الباحثون طريقة النمذجة الكمومية التحليل الطيفي للانبعاث الضوئي ذو الزاوية المحددة (القيثارة).
ويضرب الأخير المادة بشعاع من الضوء، مما يؤدي إلى إخراج إلكترون حتى يتمكن العلماء من تحديد طاقتها واتجاهها.
وهكذا كشفوا عن بنية النطاق النشط للمادة، وهي خريطة توضح الأماكن التي يمكن أن تتواجد فيها إلكتروناتها أو لا يمكن أن تتواجد فيها.
وبذلك لاحظوا أنها منقسمة، وأن الولايات المنقسمة تحمل عكس ذلك تدور الاستقطابات، والتي تشير إلى كيفية الجسيمات الأولية يتم محاذاة الدوران في اتجاه معين – وبشكل ملائم، يمكن للجسيمات أن تدور فقط “لأعلى” أو “لأسفل”.
بالطبع، لا تدور الإلكترونات فعليًا، كما تفعل الأرض حول محورها أو تدور شطيرة ذات سبع طبقات على مخلب سكوبي دو قبل أن يتم التهامها. بدلًا من ذلك، فهو عبارة عن زخم زاوي محدد رياضيًا.
لكنها خاصية كمومية أساسية، والأهم من ذلك، أظهر الباحثون أن مادة Co₁/₄TaSe₂ تقسم الإلكترونات عن طريق دورانها.
وهذا أمر حيوي في سياق النوعين المغناطيسيين المذكورين سابقًا.
تعتبر المغناطيسية الحديدية جيدة في تقسيم السبينات، لأن عزومها المغناطيسية تشير إلى نفس الاتجاه، ولكنها تنتج مجالات شاردة.
لا تنتج المغناطيسية الحديدية المضادة أي مجالات شاردة، ولكنها ليست مقسمة دورانية جيدة، لأن عزومها المغناطيسية تشير إلى اتجاهين متعاكسين.
هذا المزيج من الصفات قد يجعل هذه المادة القابلة للضبط بسهولة وسيلة رائعة لاستكشاف الألغاز المغناطيسية:
“إن الأدلة على المغناطيسية البديلة في منصة مواد متعددة الاستخدامات تفتح الكثير من الإمكانيات الجديدة” ملحوظات ميلو سبراج، عالم فيزياء الكم التجريبي في جامعة كاليفورنيا والمؤلف الرئيسي للدراسة.
“يوجد حاليًا الكثير من الجدل حول نظرية المغناطيسية البديلة حول كيفية تفاعل الحالات الإلكترونية ذات الاستقطاب المغزلي مع الظواهر المغناطيسية الأخرى. الآن لدينا مادة يمكننا تعديلها بسهولة لاستكشاف هذه الأسئلة الجديدة،” سبراغ يضيف.
على سبيل المثال، أصول المغناطيسية البديلة ظاهرية. هناك حاجة إلى مزيد من البحث لمعرفة كيفية تفوقها على الأشكال الأخرى من المغناطيسية، حيث تتنافس تفاعلات الإلكترون فيما بينها.
أخيرًا، من الناحية العملية، في حين أن الأجهزة الحديثة قد تنقل الإلكترونات فعليًا لمعالجة البيانات، فإن الإلكترونيات السبينية الناشئة يمكنها معالجة البيانات عن طريق نقل حالات دوران الإلكترونات عبر “تيار” – مثل موجة ملعب كرة القدم – إلى زيادة تخزين البيانات مع تقليل احتمالات التجسس.
وبفضل تعدد الاستخدامات وصغر حجم هذه المواد ذات الطبقات التي تم وصفها مؤخرًا، قد يكون مصيرنا التكنولوجي صغيرًا على شكل شطيرة.
ولكن لماذا لا؟ السندويشات لم تخذلنا من قبل.
وكما يوضح نيوباني، “إذا ثبت أن هذا النهج قابل للتطبيق، فستكون المغناطيسات البديلة ذات الطبقات في طليعة تطوير الإلكترونيات”.
وقد تم نشر البحث في اتصالات الطبيعة.
تم التحقق من صحة هذه المقالة بواسطة فيونا ماكدونالد وتم تحريره بواسطة فيونا ماكدونالد. وبينما نفخر بعمليتنا، فإننا بشر فقط. إذا لاحظت خطأً، يرجى اعلامنا.
