يظهر الاكتشاف لأول مرة أن الخصائص متعددة البيرو يمكن أن توجد في مادة ثنائية الأبعاد ؛ يمكن أن يؤدي إلى أجهزة ذاكرة مغناطيسية أكثر كفاءة.
اكتشف الفيزيائيون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا حالة غريبة “متعددة البكتيريا” في مادة رقيقة مثل طبقة واحدة من الذرات. كانت ملاحظتهم هي الأولى التي تؤكد أن الخصائص متعددة البكرات يمكن أن توجد في مادة ثنائية الأبعاد تمامًا. تمهد النتائج ، التي نُشرت اليوم في دورية Nature ، الطريق لتطوير أجهزة تخزين بيانات أصغر حجمًا وأسرع وأكثر فاعلية ، مُصممة باستخدام وحدات بت متعددة الخلايا فائقة الرقة ، بالإضافة إلى هياكل نانوية أخرى جديدة.
يقول مؤلف الدراسة نوه جيديك ، أستاذ الفيزياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: “المواد ثنائية الأبعاد تشبه الليغو – تضع واحدة فوق الأخرى لصنع شيء مختلف عن أيٍّ من القطعتين على حدة”. “الآن لدينا قطعة LEGO جديدة: طبقة أحادية متعددة الطبقات ، يمكن تكديسها بمواد أخرى للحث على خصائص مثيرة للاهتمام.”
بالإضافة إلى جيديك ، يشمل مؤلفو الدراسة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا المؤلف الرئيسي تشيان سونج ، وكونور أوكياليني ، وإيمري إيجيسين ، وباتير إلياس ، وريكاردو كومين ، أستاذ الفيزياء المشارك في التطوير الوظيفي لعام 1947 ، جنبًا إلى جنب مع متعاونين في إيطاليا واليابان وأريزونا. جامعة الدولة.
يقترن الغريب
في علم المواد ، يشير مصطلح “ferroic” إلى التبديل الجماعي لأي خاصية في إلكترونات المادة ، مثل اتجاه شحنتها أو لفها المغناطيسي ، بواسطة مجال خارجي. يمكن أن تجسد المواد واحدة من عدة حالات حديدية. على سبيل المثال ، المغناطيسات الحديدية عبارة عن مواد يتم فيها محاذاة دوران الإلكترون بشكل جماعي في اتجاه مجال مغناطيسي ، مثل الزهور التي تدور مع الشمس. وبالمثل ، تتكون الكهرومغناطيسية من شحنات إلكترونية تتماشى تلقائيًا مع مجال كهربائي.
في معظم الحالات ، تكون المواد إما حديدية كهربية أو مغناطيسية حديدية. نادرًا ما يجسدون كلا الحالتين في وقت واحد.
يقول كومين: “هذا المزيج نادر جدًا”. “حتى لو أخذ المرء الجدول الدوري بأكمله ولم يضع حدودًا على مجموعة العناصر ، فلا يوجد الكثير من هذه المواد متعددة البيرو التي يمكن إنتاجها.”
لكن في السنوات الأخيرة ، قام العلماء بتصنيع مواد في المختبر تظهر خصائص متعددة الفيروكهربائية ، وتتصرف ككهرباء حديدية ومغناطيس حديدية ، بطريقة مقترنة بشكل مثير للفضول. على سبيل المثال ، يمكن تبديل السبينات المغناطيسية للإلكترونات ليس فقط بمجال مغناطيسي ولكن أيضًا بمجال كهربائي.
الحالة المقترنة متعددة البيرونات مثيرة بشكل خاص لقدرتها على تطوير أجهزة تخزين البيانات المغناطيسية. في محركات الأقراص الصلبة المغناطيسية التقليدية ، تتم كتابة البيانات على قرص سريع الدوران منقوش بمجالات صغيرة من المواد المغناطيسية. يولد طرف صغير معلق فوق القرص مجالًا مغناطيسيًا يمكنه بشكل جماعي تبديل دورات إلكترون المجال في اتجاه أو آخر لتمثيل إما “0” أو “1” – “البتات” الأساسية التي تشفر البيانات.
ينتج المجال المغناطيسي للطرف عادةً بواسطة تيار كهربائي يتطلب طاقة كبيرة ، يمكن أن يضيع بعضها في شكل حرارة. بالإضافة إلى ارتفاع درجة حرارة محرك الأقراص الثابتة ، فإن التيارات الكهربائية لها حدود لمدى السرعة التي يمكن أن تولد بها مجالًا مغناطيسيًا وتبديل القطع المغناطيسية. يعتقد الفيزيائيون مثل Comin و Gedik أنه إذا كان من الممكن صنع هذه القطع المغناطيسية من مادة متعددة الفيروا ، فيمكن تبديلها باستخدام مجالات كهربائية أسرع وأكثر كفاءة في استخدام الطاقة ، بدلاً من الحقول المغناطيسية التي يسببها التيار.
يقول كومين: “في حالة استخدام الحقول الكهربائية ، ستكون عملية كتابة البتات أسرع بكثير لأنه يمكن إنشاء الحقول في دائرة في جزء صغير من النانو ثانية – يحتمل أن يكون أسرع بمئات المرات من التيار الكهربائي”.
