لقد تمكن الباحثون من تصور آليتين متميزتين يمكن من خلالهما أن تتغير المغناطيسية داخل المواد المضادة للمغناطيسية.

أنتج العلماء الآن أول تصور واضح لعمليتين منفصلتين تتسببان في تبديل دوران الإلكترونات لأعلى ولأسفل داخل المغناطيس المضاد، وهو نوع من المواد التي تعمل فيها اتجاهات الدوران المتعارضة على تحييد بعضها البعض. يوفر أحد مسارات التبديل هذه أساسًا محتملاً لتطوير تقنيات الذاكرة والمنطق فائقة السرعة وغير المتطايرة التي يمكن أن تعمل بشكل أسرع بكثير من الأنظمة المستخدمة اليوم. وقد نشرت الدراسة مؤخرا في المجلة مواد الطبيعة.

على مدار تاريخ الحوسبة، تم تمثيل المعلومات على شكل 0 و1 من خلال العديد من الأدوات المختلفة، بما في ذلك الورق المثقوب، والقضبان المعدنية، والأنابيب المفرغة، وفي النهاية الترانزستورات. مع استمرار ارتفاع الطلب على قوة المعالجة، يستكشف الباحثون طرقًا بديلة لتشفير البيانات.

أصبحت المغانط الحديدية المضادة مرشحًا واعدًا لهذا البحث لأن سلوكها المغناطيسي غير المعتاد، أو النقص العملي في الاستجابة المغناطيسية، قد يسمح بكتابة المعلومات الرقمية بطرق جديدة تمامًا.

تم تنفيذ العمل من قبل فريق بقيادة ريو شيمانو في جامعة طوكيو.

يقول شيمانو: “لسنوات عديدة، اعتقد العلماء أن المغناطيسات المضادة مثل Mn₃Sn (المنغنيز ثلاثي القصدير) يمكنها تبديل مغنطتها بسرعة كبيرة. ومع ذلك، لم يكن من الواضح ما إذا كان هذا التبديل غير المتطاير يمكن أن يكتمل في غضون بضع إلى عدة عشرات من البيكو ثانية أو كيف تغيرت المغنطة حقًا أثناء عملية التبديل”.

كشف لغز طويل الأمد

وكان السؤال الأكبر حول الآلية هو ما إذا كانت مدفوعة بالحرارة الناتجة عن التيار الكهربائي أم بالتيار نفسه. ومن ثم شرع الباحثون في العثور على إجابة لهذا السؤال من خلال تصور الآلية. لقد أعدوا طبقة رقيقة من المنغنيز₃Sn وأرسل نبضات كهربائية قصيرة من خلاله. بعد ذلك، وباستخدام ومضات ضوئية فائقة السرعة يتم التحكم فيها بدقة مع تأخيرات متفاوتة مقارنة بالنبض الكهربائي، حاولوا إنشاء “صورة متتابعة” للتغير في المغنطة.

يتذكر شيمانو: “كان الجزء الأكثر تحديًا في المشروع هو قياس التغيرات المتناهية الصغر في الإشارة المغناطيسية الضوئية. ومع ذلك، فقد فوجئنا بمدى وضوح قدرتنا على مراقبة عملية التبديل بمجرد أن أنشأنا الطريقة الصحيحة”.

تم الكشف عن آليتين

وكانت النتيجة التي توصلوا إليها شيئًا لم يسبق له مثيل من قبل: تصور التغير في النمط المغناطيسي إطارًا تلو الآخر. كشفت الإطارات أن التبديل يحدث في عمليتين متميزتين اعتمادًا على سعة التيار: إحداهما مدفوعة بعملية حرارية تحت تيار كبير والأخرى مدفوعة بدون تسخين كبير تحت تيار ضعيف. يمكن أن توفر العملية الأخيرة قاعدة للتطبيقات في تطوير أجهزة إلكترونية موثوقة من الجيل التالي للحوسبة والاتصالات والإلكترونيات المتقدمة. بالنسبة لشيمانو، هذا يعني شيئًا واحدًا: حدود المعرفة في انتظار التوسع.

“إن أسرع ملاحظة لدينا حاليًا للتبديل الكهربائي في Mn₃Sn هي 140 بيكو ثانية، وهي محدودة بشكل أساسي بمدى قصر النبضات الحالية التي يمكن توليدها في إعداد أجهزتنا. ومع ذلك، تشير النتائج التي توصلنا إليها إلى أن المادة نفسها يمكن أن تتحول بشكل أسرع في ظل الظروف المناسبة. وفي المستقبل، نهدف إلى استكشاف هذه الحدود النهائية عن طريق إنشاء نبضات تيار أقصر وتحسين بنية الجهاز. “

المرجع: “المراقبة فائقة السرعة للتحول الناجم عن التيار غير الحراري في نصف معدن ويل المضاد للمغناطيسية” بقلم كازوما أوغاوا، وهانشين تساي، وناوتاكا يوشيكاوا، وتاكومي ماتسو، ويوتارو تسوشيما، وميهيرو أساكورا، وهاني بينغ، وتاكويا ماتسودا، وتومويا هيغو، وساتورو ناكاتسوجي، وريو شيمانو، 4 ديسمبر 2025, مواد الطبيعة.
دوى: 10.1038/s41563-025-02402-8

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