اكتشف العلماء كيف يمكن للموجات المغناطيسية الصغيرة أن تنتج إشارات كهربائية داخل المواد، مما قد يغير كفاءة الحوسبة.

يمكن أن يؤدي هذا الاكتشاف إلى إنتاج شرائح فائقة السرعة ومنخفضة الطاقة تدمج الأنظمة المغناطيسية والكهربائية بسلاسة.

ربط الموجات المغناطيسية والإشارات الكهربائية

أظهرت دراسة نظرية جديدة أجراها مهندسون في جامعة ديلاوير أن المغنونات، وهي موجات دوران مغناطيسية تتحرك عبر المواد، يمكنها توليد إشارات كهربائية يمكن اكتشافها. البحث الذي نشر في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوميحدد الطرق المحتملة للتحكم في المغنونات بالمجالات الكهربائية. وهذا يمكن أن يؤدي إلى بنيات حاسوبية مستقبلية تجمع بين الأنظمة الكهربائية والمغناطيسية، مما يفتح الباب أمام تقنيات أسرع وأكثر كفاءة في استخدام الطاقة.

تم تنفيذ العمل من خلال مركز الجامعة للمواد الهجينة والنشطة والمستجيبة (CHARM)، وهو مركز أبحاث وعلوم وهندسة المواد الذي تموله مؤسسة العلوم الوطنية.

كيف تحمل المغناطيسية المعلومات

تنشأ المغناطيسية من الإلكترونات، وهي جسيمات صغيرة تدور حول جسم ما ذرةنواة وتمتلك خاصية تعرف باسم الدوران، والتي تشير إما إلى أعلى أو إلى أسفل. في المواد المغناطيسية مثل الحديد، تصطف هذه السبينات في نفس الاتجاه لإنتاج مجال مغناطيسي.

قال المؤلف الرئيسي ماثيو دوتي، الأستاذ في قسم علوم وهندسة المواد في كلية الهندسة بجامعة UD: “تخيل أن هناك زنبركًا يربط بين كل هذه الدورات. إذا انحرفت دورة واحدة، فهذا يشبه سحب الزنبرك. ينحرف الدوران التالي، ثم الذي يليه، ثم الذي يليه”. “يمكنك أن تفكر في الأمر وكأنه فاتنة: قم بتمديده وهزه، وستنتشر موجة أسفل الملف. المجنون هو تمامًا مثل ذلك: موجة.”

في رقائق الكمبيوتر الحالية، يتم نقل المعلومات عن طريق الإلكترونات المتحركة، التي تواجه مقاومة وتطلق الحرارة أثناء انتقالها. على النقيض من ذلك، تنقل المجنونات البيانات من خلال التغيرات في اتجاه الدوران بدلاً من حركة الشحنات الكهربائية. وهذا يسمح لهم بنقل المعلومات مع فقدان طاقة أقل بكثير.

ركز البحث على المواد المضادة للمغناطيسية، حيث تدور الإلكترونات بالتناوب لأعلى ولأسفل. تعتبر هذه المواد جذابة بشكل خاص للحوسبة لأن المغنونات الموجودة بداخلها يمكنها السفر إليها تيراهيرتز الترددات – حوالي ألف مرة أسرع من المغناطيسات الحديدية القياسية. ومع ذلك، نظرًا لأن دوراناتها المتعارضة تلغي بعضها البعض، فقد كان اكتشاف هذه المجنونات والتحكم فيها يمثل تحديًا طويلًا.

الكشف عن توصيلة كهربائية جديدة

لمزيد من التحقيق، استخدم باحث ما بعد الدكتوراه في CHARM D. Quang To وزملاؤه عمليات محاكاة حاسوبية متقدمة لدراسة كيفية تصرف المغنونات في المواد المضادة للمغناطيسية. وبشكل غير متوقع، وجدوا أن المغنونات المتحركة يمكن أن تنتج إشارات كهربائية.

وقال دوتي: “تتنبأ النتائج بأننا نستطيع اكتشاف المغنونات عن طريق قياس الاستقطاب الكهربائي الذي تنتجه”. “والأمر الأكثر إثارة هو إمكانية استخدام المجالات الكهربائية الخارجية، بما في ذلك مجالات الضوء، للتحكم في حركة المغنونات. يمكن للأجهزة المستقبلية التي تحل محل الأسلاك التقليدية بقنوات المغنون أن ترسل المعلومات بشكل أسرع بكثير وبطاقة مهدرة أقل بكثير.”

قام الفريق بفحص ما يحدث عندما يتم تسخين أحد جانبي المادة أكثر من الجانب الآخر، مما يدفع الماغنونات من المنطقة الساخنة إلى المنطقة الأكثر برودة. واستكشفوا أيضًا كيف يؤثر الزخم الزاوي المداري للمغنون – الحركة الدائرية للموجات – على سلوكهم العام.

قال تو، المؤلف الأول للدراسة: “لقد طورنا إطارًا رياضيًا لفهم كيفية مساهمة الزخم الزاوي المداري في نقل المغنون”. “لقد اكتشفنا أنه عندما تتفاعل العزم الزاوي المداري للماجنون مع الذرات الموجودة في المادة، فإنها تنتج استقطابًا كهربائيًا.”

في جوهر الأمر، يمكن للماغنونات المتحركة داخل المواد المضادة للمغناطيسية أن تولد جهدًا قابلاً للقياس.

قال تو: “يوفر إطار عملنا أداة قوية تسمح لمجتمع البحث بالتنبؤ بسلوك المجنونات والتلاعب بها”.

التطلع إلى المستقبل: التجارب والتطبيقات المستقبلية

يقوم فريق ديلاوير الآن بإجراء تجارب لاختبار توقعاتهم النظرية. ويخططون أيضًا لدراسة كيفية تفاعل المغنونات مع الضوء لتحديد ما إذا كان يمكن استخدام الزخم الزاوي المداري للضوء لتوجيه أو اكتشاف حركة المغنونات، وهي خطوة يمكن أن تجعل الحوسبة فائقة السرعة الموفرة للطاقة أقرب إلى الواقع.

المرجع: “الاستقطاب الكهربائي الناجم عن الماغنون وتأثيرات ماجنون نيرنست” بقلم د. كوانغ تو، فيديريكو غارسيا-غايتان، يافي رين، جوشوا مو زيد، م. بنجامين جونغفليش، جون كيو شياو، برانيسلاف ك. نيكوليتش، غارنيت دبليو براينت وماثيو إف دوتي، 23 أكتوبر 2025، وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.
دوى: 10.1073/pnas.2507255122

تساهم هذه الدراسة في مهمة CHARM الأوسع متعددة التخصصات لتصميم وفهم المواد الكمومية الهجينة التي تعمل بترددات تيراهيرتز، وهو نطاق رئيسي لتقنيات الجيل التالي.

ضم فريق البحث طالب الدراسات العليا فيديريكو جارسيا جايتان؛ أستاذ مساعد يافي رن؛ أستاذ مشارك م. بنيامين Jungfleisch؛ UNIDEL البروفيسور جون ك. شياو؛ والأستاذ برانيسلاف ك. نيكوليتش ​​من قسم الفيزياء وعلم الفلك في كلية الآداب والعلوم بجامعة UD. وكان المتعاونون الإضافيون هم جوشوا زيد، أستاذ الهندسة بجامعة UD، وجارنيت دبليو براينت من المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا وجامعة ميريلاند، كوليدج بارك.

تلقى هذا العمل التمويل الأولي من مؤسسة العلوم الوطنية من خلال مركز علوم وهندسة أبحاث المواد UD تحت رقم الجائزة DMR-2011824.

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل, يكتشف، و أخبار.