الملخص:
أعلن فريق بحث في مختبر أوك ريدج الوطني (ORNL) التابع لوزارة الطاقة الأمريكية أنهم اكتشفوا طريقة جديدة للتحكم في المغناطيسية دون تغيير التركيب الكيميائي للمادة. أظهرت الأبحاث أنه من خلال تطبيق ضغط ميكانيكي بسيط فقط، من الممكن تغيير البنية المغناطيسية داخل بعض المواد البلورية والتأثير بشكل أكبر على خصائص نقل الإلكترون الخاصة بها. ومن المتوقع أن يفتح هذا الاكتشاف مسارات تكنولوجية جديدة لتطوير الجيل القادم من أجهزة الإلكترونيات الدورانية.
ركز الباحثون على نوع جديد من المواد المغناطيسية يسمى "المغناطيس المتناوب". أصبح هذا النوع من المواد اتجاهًا مهمًا في أبحاث الأجهزة الإلكترونية المتقدمة في السنوات الأخيرة نظرًا لخصائصه المغناطيسية الفريدة وخصائصه الإلكترونية. استخدم فريق البحث حزم النيوترونات لمراقبة المواد من المقياس الذري، ووجد أن الضغط الميكانيكي يمكنه إعادة ضبط هيكل الترتيب المغناطيسي في المادة وتغيير الاستجابة الكهربائية المتعلقة بنقل الإلكترون.
تم نشر نتائج الأبحاث ذات الصلة في مجلتين أكاديميتين، "Physical Review X" و"Advanced Materials". تشير النتائج إلى أن الضغط الفيزيائي على المواد قد يكون طريقة جديدة للتحكم في المغناطيسية في المستقبل، دون الحاجة إلى تخدير أو تغيير التركيب الكيميائي للمادة لضبط الخصائص.
خلال التجربة، قام الباحثون بوضع بلورات صغيرة من تيلوريد المنغنيز وكبريتيد الحديد بين لوحين من التيتانيوم وطبق عليهم الضغط الميكانيكي. ثم استخدموا شعاع النيوترون الناتج عن مصدر النيوترونات التشظية في مختبر أوك ريدج الوطني لإجراء تجارب حيود النيوترونات لدراسة تأثير الضغط على بنية المجال المغناطيسي الداخلي للمادة.
تظهر النتائج التجريبية أن الضغط الطفيف يغير النسب النسبية التي تشغلها المجالات المغناطيسية المختلفة. المجالات المغناطيسية هي مناطق ذات اتجاهات ترتيب مغناطيسية مختلفة داخل المادة، والتغيرات في توزيعها ستؤثر بشكل مباشر على الأداء المغناطيسي العام للمادة. وفي الوقت نفسه، لاحظ فريق البحث أيضًا تغيرات في تأثير هول الشاذ. تنتج هذه الظاهرة الكهربائية جهدًا متعامدًا مع اتجاه تدفق التيار، وتوضح تغيراته وجود صلة مباشرة بين تعديل البنية المغناطيسية وسلوك نقل الإلكترون. وقال داي بينج تشينج، الأستاذ في جامعة رايس وعالم النيوترونات السابق في مختبر أوك ريدج الوطني، إنه من خلال التحكم في بنية المجال المغناطيسي، يمكن للباحثين التأثير بشكل مباشر على خصائص نقل الإلكترون للمادة، مما يخلق إمكانيات جديدة لاستكشاف تطبيق المواد ذات الصلة في مجال الإلكترونيات السبينية.
لقد اجتذبت المغناطيسات المتناوبة الكثير من الاهتمام لأن خصائصها المغناطيسية الخاصة تجمع بين بعض مزايا المغناطيسات الحديدية التقليدية والمغناطيسات المضادة. وتأمل تقنية Spintronics في استخدام ليس فقط معلومات الشحنة التي تحملها الإلكترونات، ولكن أيضًا دوران الإلكترونات لإكمال مهام تخزين المعلومات ومعالجتها. ومن المتوقع أن تحقق هذه الطريقة سرعة أعلى واستهلاك أقل للطاقة في وضع معالجة المعلومات مقارنة بالتقنية الإلكترونية التقليدية.
وأشار فريق البحث إلى أن هذا الاكتشاف أنشأ علاقة مباشرة بين الإجهاد الميكانيكي وبنية المجال المغناطيسي وسلوك نقل الإلكترون، مما يثبت أنه يمكن تعديل الخواص المغناطيسية والكهربائية للمواد من خلال تشوه فيزيائي بسيط. وإذا أمكن تحسين التقنيات ذات الصلة بشكل أكبر في المستقبل، فقد يؤدي ذلك إلى تعزيز تطوير ذكريات جديدة منخفضة الطاقة، ومعدات حوسبة عالية الأداء، وأجهزة إلكترونية متقدمة تدور.
التعليقات