كتب – باسل يوسف:
حصل الباحثون على أول دليل قاطع على وجود فئة ثالثة مراوغة من المغناطيسية، تسمى المغناطيسية البديلة. وقد تؤدي نتائجهم، التي نُشرت في مجلة نيتشر، إلى إحداث ثورة في تصميم أجهزة الذاكرة المغناطيسية الجديدة عالية السرعة وتوفير القطعة المفقودة في تطوير مواد فائقة التوصيل أفضل.
قال مؤلف الدراسة أوليفر أمين، وهو باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة نوتنجهام في المملكة المتحدة، لمجلة لايف ساينس: “كان لدينا في السابق نوعان راسخان من المغناطيسية. المغناطيسية الحديدية، حيث تشير العزوم المغناطيسية، التي يمكنك تصورها مثل أسهم البوصلة الصغيرة على المقياس الذري، إلى نفس الاتجاه. والمغناطيسية المضادة الحديدية، حيث تشير العزوم المغناطيسية المجاورة في اتجاهات متعاكسة – يمكنك تصور ذلك على أنه رقعة شطرنج من البلاط الأبيض والأسود المتناوبين”.
يجب أن تشير دورانات الإلكترون داخل التيار الكهربائي إلى أحد اتجاهين ويمكن أن تتوافق مع أو ضد هذه اللحظات المغناطيسية لتخزين أو حمل المعلومات، وتشكل أساس أجهزة الذاكرة المغناطيسية.
شكل جديد من المغناطيسية
المواد المغناطيسية البديلة، التي طُرحت لأول مرة في عام 2022، لها بنية تقع في مكان ما بينهما. يشير كل عزم مغناطيسي فردي في الاتجاه المعاكس لجارته، كما هو الحال في مادة مضادة للمغناطيسية. لكن كل وحدة ملتوية قليلاً بالنسبة لهذه الذرة المغناطيسية المجاورة، ما ينتج عنه بعض الخصائص المشابهة للمغناطيسية الحديدية.
لذلك، تجمع المواد المغناطيسية البديلة بين أفضل خصائص كل من المواد المغناطيسية الحديدية والمضادة للمغناطيسية الحديدية. قال ألفريد دال دين، المؤلف المشارك في الدراسة، الباحث في جامعة نوتنجهام: “تكمن فائدة المواد المغناطيسية الحديدية في أن لدينا طريقة سهلة لقراءة وكتابة الذاكرة باستخدام هذه المجالات العلوية والسفلية.. ولكن لأن هذه المواد لها مغناطيسية صافية، فمن السهل أيضًا فقدان هذه المعلومات عن طريق مسح مغناطيس عليها”.
وعلى العكس من ذلك، فإن المواد المضادة للمغناطيسية أكثر صعوبة في التلاعب بها لتخزين المعلومات. ومع ذلك، نظرًا لأنها تتمتع بمغناطيسية صافية صفرية، فإن المعلومات الموجودة في هذه المواد أكثر أمانًا وأسرع في الحمل. قال دال دين: “تتمتع المغناطيسات البديلة بسرعة ومرونة المغناطيس المضاد للمغناطيس، ولكنها تتمتع أيضًا بهذه الخاصية المهمة للمغناطيسات الحديدية والتي تسمى كسر تناظر عكس الزمن”.
يضيف “تنظر هذه الخاصية المذهلة إلى تناسق الأجسام المتحركة للأمام والخلف في الزمن. على سبيل المثال، تطير جزيئات الغاز حول بعضها البعض، وتتصادم بشكل عشوائي وتملأ الفضاء. وإذا قمت بإعادة الزمن إلى الوراء، فلن يبدو هذا السلوك مختلفًا.”
وهذا يعني أن التناسق محفوظ. ومع ذلك، نظرًا لأن الإلكترونات تمتلك دورانًا كميًا وعزمًا مغناطيسيًا، فإن عكس الزمن – وبالتالي اتجاه السفر – يقلب الدوران، ما يعني كسر التناسق. وأوضح أمين: “إذا نظرت إلى هذين النظامين الإلكترونيين – أحدهما حيث يتقدم الوقت بشكل طبيعي والآخر حيث تكون في وضع إعادة إلى الوراء – فإنهما يبدوان مختلفين، وبالتالي فإن التناسق مكسور. وهذا يسمح بوجود ظواهر كهربائية معينة.”
إيجاد “الحلقة المفقودة” للموصلية الفائقة
استخدم الفريق – بقيادة بيتر وادلي، أستاذ الفيزياء في جامعة نوتنجهام – تقنية تسمى المجهر الإلكتروني للانبعاث الضوئي لتصوير بنية وخصائص مغناطيسية لتيلوريد المنجنيز، وهي مادة كان يُعتقد سابقًا أنها مضادة للمغناطيسية.
وقال أمين: “تتضح جوانب مختلفة من المغناطيسية اعتمادًا على استقطاب الأشعة السينية التي نختارها”. كشف الضوء المستقطب دائريًا عن المجالات المغناطيسية المختلفة التي أُنشئت بواسطة كسر تناظر الانعكاس الزمني، بينما سمحت الأشعة السينية المستقطبة أفقيًا أو رأسيًا للفريق بقياس اتجاه اللحظات المغناطيسية في جميع أنحاء المادة. من خلال الجمع بين نتائج كلتا التجربتين، أنشأ الباحثون أول خريطة على الإطلاق للمجالات والهياكل المغناطيسية المختلفة داخل مادة مغناطيسية بديلة.
مع إثبات هذا المفهوم، صنع الفريق سلسلة من الأجهزة المغناطيسية البديلة عن طريق التلاعب بالهياكل المغناطيسية الداخلية من خلال تقنية الدورة الحرارية المتحكم فيها.
قال مؤلفو الدراسة إن القدرة على تصوير هذا الشكل الجديد من المغناطيسية والتحكم فيه يمكن أن يحدث ثورة في تصميم أجهزة الذاكرة من الجيل التالي، مع زيادة سرعات التشغيل وتعزيز المرونة وسهولة الاستخدام.
قال دال دين: “ستساعد المغناطيسية البديلة أيضًا في تطوير الموصلية الفائقة. لفترة طويلة، كان هناك ثغرة في التناظر بين هاتين المنطقتين، وتبين أن هذه الفئة من المواد المغناطيسية التي ظلت بعيدة المنال حتى الآن هي الحلقة المفقودة في اللغز”.
اقرأ أيضا:
