اكتشفت دراسة حديثة "تأثير هول المداري"، وهي ظاهرة يمكن أن تحسن بشكل كبير تخزين البيانات في أجهزة الحوسبة المستقبلية. يتضمن هذا الاكتشاف توليد الطاقة الكهربائية من الحركة المدارية للإلكترونات، مما يوفر تطورات محتملة في مجال الإلكترونيات السبينية التي ستؤدي إلى مواد مغناطيسية أكثر كفاءة وأسرع وأكثر موثوقية.
في إنجاز جديد، استخدم الباحثون تقنية جديدة لتأكيد ظاهرة فيزيائية لم يتم اكتشافها سابقًا والتي يمكن استخدامها لتحسين تخزين البيانات في أجهزة الحوسبة من الجيل التالي.
تستغل الذاكرة السبينترونية المستخدمة في أجهزة الكمبيوتر والأقمار الصناعية المتقدمة الحالات المغناطيسية الناتجة عن الزخم الزاوي الجوهري للإلكترونات لتخزين البيانات واسترجاعها. وفقا للحركة الفيزيائية للإلكترونات، ينتج دوران الإلكترون تيارات مغناطيسية. يُعرف هذا باسم "تأثير قاعة السبين" وهو تطبيق رئيسي للمواد المغناطيسية في العديد من المجالات المختلفة، بدءًا من الإلكترونيات منخفضة الطاقة وحتى ميكانيكا الكم الأساسية.
اكتشف العلماء مؤخرًا أن الإلكترونات يمكنها أيضًا توليد تيار كهربائي من خلال نوع ثانٍ من الحركة: الزخم الزاوي المداري، المشابه لمدار الأرض حول الشمس. وقال رولاند كاواكامي، المؤلف المشارك في الدراسة، وأستاذ الفيزياء في جامعة ولاية أوهايو، إن هذا يسمى "تأثير هول المداري".
يتوقع المنظرون أنه باستخدام معادن انتقالية خفيفة - مواد ذات تيارات هال ذات دوران أضعف - سيكون من الأسهل اكتشاف التيارات المغناطيسية الناتجة عن تأثير هول المداري. لكن هذه الدراسة، التي أجراها طالب الدراسات العليا في الفيزياء إيجور ليالين، ونشرت في مجلة Physical Review Letters، تظهر طريقة لمراقبة هذا التأثير.
وقال كاواكامي: "لقد تم اكتشاف تأثيرات هول المختلفة منذ عقود". "لكن هذه التيارات المدارية هي في الواقع مفهوم جديد. وتكمن الصعوبة في أنها مختلطة مع التيارات الدورانية في المعادن الثقيلة النموذجية، ومن الصعب التمييز بينها".
بدلًا من ذلك، أظهر فريق كاواكامي تأثير هول المداري من خلال الكشف عن التراكم المحتمل للزخم الزاوي المداري لذرات المعدن عن طريق عكس الضوء المستقطب (في هذه الحالة، ضوء الليزر) على أغشية رقيقة مختلفة من معدن الكروم الخفيف. وبعد ما يقرب من عام من القياسات المضنية، اكتشف الباحثون إشارات مغناطيسية بصرية واضحة، تظهر أن الإلكترونات المتجمعة في أحد طرفي الفيلم تظهر خصائص تأثير هول المداري القوية.
وقال: "هذا الاكتشاف الناجح يمكن أن يكون له تأثير كبير على تطبيقات الإلكترونيات الدورانية المستقبلية". "لقد كان مفهوم الإلكترونيات السبينية موجودًا منذ حوالي 25 عامًا، وعلى الرغم من أنه كان ممتازًا في تطبيقات الذاكرة المختلفة، إلا أن الناس يحاولون الآن الذهاب إلى أبعد من ذلك. أحد أكبر الأهداف في هذا المجال الآن هو تقليل استهلاك الطاقة، لأن هذا هو العامل المحدد في تحسين الأداء."
إن تقليل إجمالي الطاقة المطلوبة للمواد المغناطيسية المستقبلية لتعمل بشكل جيد لديه القدرة على تمكين استهلاك أقل للطاقة، وسرعات أعلى وموثوقية أكبر، والمساعدة في إطالة عمر التكنولوجيا. إن استخدام التيارات المدارية بدلاً من التيارات الدورانية قد يوفر الوقت والمال على المدى الطويل.
ويشير الباحثون إلى أن هذه الدراسة تفتح الطريق لمزيد من الفهم لكيفية حدوث هذه الظواهر الفيزيائية الغريبة في أنواع أخرى من المعادن، ويأملون في مواصلة الخوض في العلاقة المعقدة بين تأثير هول المغزلي وتأثير هول المداري.
المرجع: "الاكتشاف البصري المغناطيسي لتأثير القاعة المدارية في الكروم" بقلم إيجور ليالين، وساناز أليخاه، وماركو بيريتا، وبيتر إم. أوبينير، ورولاند ك. كاواكامي، 11 أكتوبر 2023، "رسائل المراجعة الفيزيائية".
دوى:10.1103/PhysRevLett.131.156702
المصدر المجمع: ScitechDaily