اكتشاف نوع جديد من المغناطيسية قد يجعل الإلكترونيات أسرع بـ 1000 مرة

نوع مغناطيسية جديد

نجح فريق من الباحثين من جامعة نوتنغهام في اكتشاف نوع مغناطيسية جديد يسمى المغناطيسية البديلة (Altermagnetism)، والتي تجمع بين خصائص المغناطيسية الحديدية والمغناطيسية الحديدية المضادة لإنشاء نظام مغناطيسي فريد. هذا الإنجاز لديه القدرة على إحداث ثورة في ذاكرة الكمبيوتر وتقليل اعتمادنا على العناصر الثقيلة النادرة والسامة.

وقد استخدم الباحثون السنكروترون، وهو مسرع الإلكترون، في منشأة “MAX IV” الدولية في السويد لإنشاء أشعة سينية يمكنها تصوير المغناطيسية في المواد بدقة ميزات صغيرة تصل إلى مقياس النانو.

محتويات المقال :

المغناطيسية الحديدية

المغناطيسية الحديدية ظاهرة رائعة حيث تظهر بعض المواد، مثل الحديد والنيكل والكوبالت، انجذابًا قويًا للحقول المغناطيسية ويمكن أن تصبح مغناطيسية بشكل دائم. ينبع هذا السلوك من الترتيب الفريد للإلكترونات داخل هذه المواد على المستوى الذري.

في المواد المغناطيسية الحديدية، تمتلك الذرات إلكترونات غير مقترنة، تعمل مثل المغناطيسات الصغيرة التي لها عزمها المغناطيسي الخاص. وتميل هذه المغناطيسات الذرية إلى محاذاة نفسها بالتوازي مع بعضها البعض داخل مناطق صغيرة تسمى المجالات. داخل كل مجال، تعزز المجالات المغناطيسية لجميع الذرات بعضها البعض، مما يخلق مغناطيسية صافية قوية.

وعندما يتم تطبيق مجال مغناطيسي خارجي على مادة حديدية مغناطيسية، فإن المجالات التي تتوافق مع المجال تنمو على حساب المجالات التي لا تتوافق معه. تعمل هذه العملية على تكثيف المغناطيسية الكلية للمادة. حتى بعد إزالة المجال الخارجي، تحتفظ المواد الحديدية المغناطيسية بدرجة معينة من المغناطيسية، ومن هنا جاء استخدامها في المغناطيسات الدائمة.

صورة توضح ترتيب الذرات بداخل المغناطيسية الحديدية حقوق الصورة: https://testbook.com/physics/ferromagnetism

المغناطيسية الحديدية المضادة

المغناطيسية الحديدية المضادة هي ظاهرة مغناطيسية فريدة من نوعها يتم ملاحظتها في مواد معينة حيث يصطف العزم الذري المجاور في اتجاهات متعاكسة. يؤدي هذا الترتيب المنظم إلى عزم مغناطيسي صافٍ يقترب من الصفر للمادة في شكلها العام.

وفي هذه المواد، تمتلك الذرات أو الأيونات عزم مغناطيسي جوهري بسبب دوران إلكتروناتها. وعلى عكس الحديد المغناطيسي، حيث تصطف هذه اللحظات بالتوازي مع بعضها البعض، في الحديد المغناطيسي المضاد، تصطف بشكل معاكس، مما يؤدي إلى إلغاء بعضها البعض بشكل فعال.

يحدث هذا المحاذاة المعاكسة عادة تحت درجة حرارة حرجة تعرف باسم درجة حرارة نيل. وفوق هذه الدرجة، تعمل الطاقة الحرارية على تعطيل الترتيب المنظم، وتتحول المادة إلى حالة المغناطيسية المسايرة (تظهر فقط في وجود مجال مغناطيسي خارجي وتزول بزواله).

ترتيب الذرات في المغناطيسية الحديدية المضادة

نوع مغناطيسية جديد

المغناطيسية البديلة هي نظام مغناطيسي فريد حيث تصطف كتل بناء مغناطيسية صغيرة في اتجاهات متعاكسة، على غرار المغناطيسية الحديدية المضادة. ومع ذلك، على عكس المواد المغناطيسية المضادة للحديد التقليدية، فإن الهياكل البلورية التي تستضيف هذا العزم المغناطيسي تدور بالنسبة لبعضها البعض، مما يخلق نمطًا مغناطيسيًا مميزًا.

وتجمع المواد المغناطيسية البديلة بين الخصائص الإيجابية للمواد المغناطيسية الحديدية والمواد المغناطيسية المضادة في مادة واحدة. ولديها القدرة على زيادة سرعة المكونات الإلكترونية الدقيقة والذاكرة الرقمية بمقدار ألف مرة مع كونها أكثر قوة وكفاءة في استخدام الطاقة.

كيف يمكن للمغناطيسية البديلة تحويل ذاكرة الكمبيوتر؟

بفضل نوع المغناطيسية الجديد، يمكن لأجهزة ذاكرة الكمبيوتر أن تعمل بسرعات غير مسبوقة، مما يجعل من الممكن أداء مهام معقدة في جزء صغير من الوقت. وسيكون لهذا تأثير كبير على مختلف الصناعات، مثل التمويل والرعاية الصحية والتعليم، حيث تعد السرعة والكفاءة أمرًا بالغ الأهمية.

علاوة على ذلك، فإن زيادة كفاءة المواد المغناطيسية البديلة يمكن أن تؤدي إلى انخفاض كبير في استهلاك الطاقة، مما يؤدي إلى تكنولوجيا أكثر استدامة وصديقة للبيئة. وهذا مهم بشكل خاص، بالنظر إلى أن إنتاج المواد المغناطيسية التقليدية والتخلص منها يسهمان بشكل كبير في انبعاثات الكربون العالمية.

تمتد التطبيقات المحتملة للمغناطيسية البديلة إلى ما هو أبعد من ذاكرة الكمبيوتر. حيث يمكن استخدام هذه التقنية لتطوير أجهزة تخزين بيانات أسرع وأكثر كفاءة، مثل محركات الأقراص الثابتة ومحركات الأقراص ذات الحالة الصلبة. ويمكن أن يؤدي أيضًا إلى إنشاء معالجات دقيقة أكثر قوة وكفاءة، مما يتيح تطوير الذكاء الاصطناعي المتقدم وخوارزميات التعلم الآلي.