1

محققان سوئدی گزارش داده‌اند که توانسته‌اند نوع جدیدی از مغناطیس را کنترل کنند که پتانسیل بهبود عملکرد الکترونیکی را دارد. پژوهش آن‌ها نشان می‌دهد که این کلاس جدید مغناطیس، که مغناطیس آلترناتیو (Altermagnetism) نامیده می‌شود، می‌تواند سرعت عملکرد دستگاه‌های حافظه را تا هزار برابر افزایش دهد.

دانشمندان می‌گویند که این نوع مغناطیس از دو شکل شناخته‌شده نظم مغناطیسی متمایز است و ممکن است درهای جدیدی را به روی فناوری‌های سریع‌تر و کارآمدتر بگشاید.

تأیید مغناطیس آلترناتیو توسط دانشمندان

دانشمندان دانشکده فیزیک و نجوم دانشگاه ناتینگهام موفق شده‌اند این دسته سوم مغناطیس را در دستگاه‌های میکروسکوپی تأیید کنند. نتایج آن‌ها در ژورنال Nature منتشر شده است. پروفسور پیتر وادلی از این دانشگاه، این پژوهش را رهبری کرده است.

درک مغناطیس آلترناتیو – اصول اولیه

مواد دارای مغناطیس آلترناتیو شامل بلوک‌های مغناطیسی هستند که در جهت متضاد یکدیگر قرار دارند، اما ساختار بلوری آن‌ها کمی نسبت به واحدهای همسایه خود چرخش یافته است.

پروفسور وادلی توضیح می‌دهد:

“مغناطیس آلترناتیو شامل لحظات مغناطیسی است که در جهت متضاد همسایگان خود قرار دارند. اما هر بخش از بلور که این لحظات را در خود جای داده، نسبت به بلوک مجاور کمی چرخیده است. این شبیه به مغناطیس ضدفرومغناطیسی است، اما با یک پیچش خاص. این تفاوت ظریف، پیامدهای بزرگی دارد.”

پیوند ویژگی‌های مغناطیسی

مغناطیس آلترناتیو خواص مطلوب فرومغناطیس و آنتی‌فرومغناطیس را در یک ماده ترکیب می‌کند.

• مغناطیس‌های معمولی (مانند آهن، نیکل و کبالت) به چرخش‌های هم‌راستا متکی هستند تا نیروی آشنای جاذبه و دافعه مغناطیسی را ایجاد کنند.
• در مقابل، آنتی‌فرومغناطیس‌ها این نیروها را خنثی می‌کنند و باعث ایجاد اثراتی می‌شوند که از راه دور کمتر مشهود هستند.

این نوع جدید از مغناطیس ویژگی‌های هر دو نوع را در مقیاس نانو حفظ می‌کند، درحالی‌که از دور غیر فعال به نظر می‌رسد.

آزمایش مغناطیس آلترناتیو در شتاب‌دهنده سنکروترون

یک آزمایش تخصصی در مرکز بین‌المللی MAX IV در سوئد به تأیید این ویژگی‌ها کمک کرد. این مرکز اشعه ایکس را از طریق شتاب دادن الکترون‌ها تا سرعت‌های نزدیک به نور تولید می‌کند.

یک لایه فوق‌العاده نازک از تلورید منگنز در معرض اشعه ایکس با قطبش‌های مختلف قرار گرفت تا الگوهای منعکس‌کننده فعالیت مغناطیسی جدیدی را که قبلاً مشاهده نشده بود، آشکار کند.

دکتر اولیور آمین، سرپرست این آزمایش، می‌گوید:

“کار آزمایشی ما پلی میان مفاهیم نظری و تحقق عملی آن‌ها ایجاد کرده است. امیدواریم این پژوهش، راهی برای توسعه مواد مغناطیس آلترناتیو برای کاربردهای عملی روشن کند.”

تصویربرداری از الگوهای مغناطیسی در مقیاس نانو

مرکز سنکروترون – که گاهی به عنوان یک دونات فلزی غول‌پیکر توصیف می‌شود – توانایی تولید اشعه ایکس با شدت بالا را دارد.

دانشمندان از یک میکروسکوپ ویژه برای تشخیص الکترون‌های ساطع‌شده از سطح ماده تحت تابش اشعه ایکس استفاده کردند.

این فرآیند، تصاویری با وضوح نانومتری از مغناطیس آلترناتیو ایجاد کرد و نشان داد که آرایش لحظات مغناطیسی دارای یک پیچش منحصربه‌فرد است.

انقلابی در فناوری حافظه

متخصصان صنعت می‌گویند که مواد مغناطیسی بخش بزرگی از فناوری‌های حافظه امروزی را تشکیل می‌دهند.

بسیاری از سیستم‌های ذخیره‌سازی داده به فرومغناطیس‌ها متکی هستند، که یک تجارت جهانی عظیم محسوب می‌شود، اما در عین حال مصرف انرژی قابل‌توجهی دارد.

جایگزینی مواد معمولی با مغناطیس آلترناتیو می‌تواند وابستگی به عناصر سنگین را کاهش دهد و هم‌زمان انتشار کربن را کم کند.

پژوهشگران بر این باورند که این روش می‌تواند سرعت پردازش را تا هزار برابر نسبت به برخی از اجزای میکروالکترونیکی موجود افزایش دهد.

آلفرد دال دین، دانشجوی دکتری، در آزمایش‌هایی برای بررسی کاربردهای مغناطیس آلترناتیو در فناوری مدرن مشارکت داشته است.

او می‌گوید:

“این‌که یکی از اولین کسانی باشم که اثرات و خواص این کلاس جدید و امیدبخش از مواد مغناطیسی را در دوران دکتری خود مشاهده می‌کند، تجربه‌ای بسیار ارزشمند و چالش‌برانگیز بوده است.”

مغناطیس آلترناتیو و میدان‌های مقیاس بزرگ

مهندسان در حال بررسی راه‌هایی برای بهره‌گیری از این ویژگی‌های خاص هستند.

بسیاری از طراحی‌های موجود برای ذخیره‌سازی داده‌های بلندمدت به فرومغناطیس‌ها متکی هستند، زیرا سیگنال مغناطیسی قوی و پایداری ارائه می‌کنند.

اما مواد دارای مغناطیس پنهان که تنها در مقیاس نانو فعال می‌شوند، می‌توانند برای کلیدزنی سریع‌تر الکترونیکی یا دستگاه‌های حافظه فشرده‌تر مورد استفاده قرار گیرند.

مغناطیس آلترناتیو امکان ایجاد ساختارهایی را فراهم می‌کند که میدان‌های بزرگ‌مقیاس را خنثی کرده و در عین حال نظم داخلی کارآمدی را حفظ می‌کنند.

مزایای زیست‌محیطی و اقتصادی

این کشف ممکن است تأثیر گسترده‌ای بر محصولات الکترونیکی داشته باشد.

در دنیای میکروالکترونیک، هر افزایش کوچک در سرعت می‌تواند به کاهش تأخیر و مصرف انرژی کمک کند.

مغناطیس آلترناتیو به عنوان یک بستر جدید برای حل چالش‌های دوگانه بهره‌وری و عملکرد مطرح شده است.

از آن‌جایی که این مواد می‌توانند به صورت فیلم‌های نازک رشد کنند، ادغام آن‌ها در معماری‌های موجود دستگاه‌ها آسان‌تر خواهد بود.

علاوه بر این، آن‌ها به همان منابع نادر که بسیاری از فرومغناطیس‌های قوی به آن نیاز دارند، متکی نیستند. این امر می‌تواند هزینه‌ها را کاهش داده و اثرات زیست‌محیطی تولید فناوری را کمتر کند.

آینده مغناطیس آلترناتیو

مرحله بعدی این تحقیق شامل بهینه‌سازی روش‌های کنترل مغناطیس آلترناتیو است.

برخی از کارشناسان خاطرنشان می‌کنند که بسیاری از اکتشافات در حوزه مغناطیس سال‌ها طول می‌کشد تا در الکترونیک استاندارد شوند.

چه مغناطیس آلترناتیو به‌زودی وارد دستگاه‌های روزمره شود یا نه، این یافته‌ها نشان‌دهنده اهمیت کاوش مسیرهای جدید در فیزیک برای حل چالش‌های مدرن است.