محققان در سوئد بر نوع جدیدی از مغناطیس کنترل پیدا کرده‌اند که می‌تواند عملکرد الکترونیکی را بهبود بخشد.
کار آن‌ها نشان می‌دهد که این نوع جدید مغناطیس که “آلترمغناطیس” نامیده می‌شود، می‌تواند سرعت عملکرد دستگاه‌های حافظه را تا هزار برابر افزایش دهد.
دانشمندان می‌گویند این نوع مغناطیس با دو نوع مغناطیس شناخته‌شده تفاوت دارد و ممکن است به توسعه فناوری‌های سریع‌تر و کارآمدتر منجر شود.
دانشمندان دانشکده فیزیک و نجوم دانشگاه ناتینگهام این دسته سوم را در دستگاه‌های میکروسکوپی تأیید کرده‌اند و نتایج آن‌ها در مجله Nature منتشر شده است. رهبری این پژوهش را پروفسور پیتر وادلی بر عهده داشته است.
آشنایی با آلترمغناطیس – مبانی اولیه
مواد دارای خاصیت آلترمغناطیس شامل بلوک‌های مغناطیسی هستند که به‌صورت مخالف یکدیگر قرار دارند، اما ساختار کریستالی آن‌ها به‌طور نسبی نسبت به بلوک‌های مجاور چرخیده است.
پروفسور وادلی توضیح می‌دهد:
“آلترمغناطیس‌ها شامل ممان‌های مغناطیسی هستند که نسبت به همسایگانشان در جهت مخالف قرار دارند. با این حال، هر بخش از کریستال که این ممان‌های کوچک را در خود دارد، نسبت به بلوک مجاور کمی چرخیده است. این شبیه به آنتی‌فرومغناطیس با یک پیچش است، اما این تفاوت جزئی تأثیرات بسیار بزرگی دارد.”
پیوند خواص مغناطیسی
آلترمغناطیس خواص مطلوب فرومغناطیس‌ها و آنتی‌فرومغناطیس‌ها را در یک ماده ترکیب می‌کند.
آهن، نیکل و کبالت به‌عنوان مغناطیس‌های متداول بر چرخش‌های هم‌جهت تکیه دارند که نیروی مغناطیسی آشنا را ایجاد می‌کنند. در مقابل، آنتی‌فرومغناطیس‌ها این نیروها را خنثی می‌کنند و تأثیرات کمتری از دور ایجاد می‌کنند.
آلترمغناطیس این ویژگی‌ها را به‌صورت یک ترکیب جدید در خود دارد که از دور غیرفعال به نظر می‌رسد، اما در مقیاس نانو ویژگی‌های منحصربه‌فردی نشان می‌دهد.
آلترمغناطیس و سینکروترون‌ها
یک آزمایش تخصصی سینکروترون در مرکز بین‌المللی MAX IV در سوئد به تأیید این ویژگی‌ها کمک کرد. این مرکز با شتاب‌دهی الکترون‌ها تا نزدیکی سرعت نور، پرتوهای X تولید می‌کند.
ویفر بسیار نازک تلورید منگنز با پرتوهای X با قطبش‌های مختلف تحت تابش قرار گرفت تا الگوهای جدیدی از فعالیت مغناطیسی آشکار شود.
اولیور آمین، پژوهشگر ارشد این آزمایش می‌گوید:
“کار تجربی ما پلی بین مفاهیم نظری و تحقق عملی ایجاد کرده که امیدواریم راهی برای توسعه مواد آلترمغناطیسی برای کاربردهای عملی باشد.”
ثبت الگوهای مغناطیسی نانومقیاس
مرکز سینکروترون – که گاهی به‌عنوان یک دونات فلزی غول‌پیکر توصیف می‌شود – می‌تواند پرتوهای X با شدت بالا تولید کند. دانشمندان از میکروسکوپ تخصصی برای شناسایی الکترون‌های خارج شده از سطح ماده تحت تابش X استفاده کردند.
این فرآیند تصاویر مغناطیسی با وضوح نانومتری ایجاد کرد که یک پیچش خاص در آرایش ممان‌های مغناطیسی را نشان می‌دهد.
انقلابی در فناوری حافظه
کارشناسان صنعت معتقدند مواد مغناطیسی بخش بزرگی از فناوری حافظه کنونی را تشکیل می‌دهند. بسیاری از سیستم‌های ذخیره‌سازی داده به فرومغناطیس‌ها متکی هستند که کسب‌وکاری جهانی و منبع قابل‌توجهی از مصرف انرژی به شمار می‌روند.
جایگزینی مواد مرسوم با آلترمغناطیس‌ها می‌تواند وابستگی به عناصر سنگین را کاهش داده و انتشار کربن را کاهش دهد. محققان معتقدند این روش می‌تواند به سرعت‌هایی هزار برابر بیشتر از برخی قطعات میکروالکترونیک موجود دست یابد.
آلفرد دال دین، دانشجوی دکتری، در آزمایش‌هایی برای بررسی کاربردهای آلترمغناطیس در فناوری‌های مدرن شرکت کرده است. او می‌گوید:
“مشاهده ویژگی‌های این دسته جدید از مواد مغناطیسی در طول دوران دکتری‌ام تجربه‌ای چالش‌برانگیز و ارزشمند بود.”
آلترمغناطیس و میدان‌های بزرگ
مهندسان در حال بررسی نحوه بهره‌برداری از این ویژگی‌های خاص هستند. بسیاری از طراحی‌های کنونی برای ذخیره‌سازی طولانی‌مدت داده‌ها به فرومغناطیس‌ها متکی هستند، زیرا سیگنال مغناطیسی قوی و پایداری ارائه می‌دهند.
مواد با مغناطیس پنهان که در مقیاس نانو ظاهر می‌شوند، می‌توانند در سوئیچینگ سریع‌تر الکترونیکی یا دستگاه‌های حافظه فشرده‌تر به کار روند. آلترمغناطیس اجازه می‌دهد ساختارهایی ایجاد شود که میدان‌های بزرگ را خنثی کنند، در حالی که نظم داخلی قابل‌استفاده‌ای را حفظ می‌کنند.
مزایای محیطی و اقتصادی
این کشف می‌تواند برای طیف گسترده‌ای از محصولات کاربرد داشته باشد. در میکروالکترونیک، هر میزان افزایش سرعت می‌تواند تأخیر و مصرف انرژی را کاهش دهد.
آلترمغناطیس‌ها به‌عنوان بستری جدید برای رفع چالش‌های دوگانه کارایی و عملکرد امیدوارکننده هستند. از آنجا که این مواد می‌توانند به‌صورت فیلم‌های نازک رشد کنند، ادغام آن‌ها در معماری‌های دستگاه‌های موجود آسان‌تر است.
آن‌ها به منابع نادر مورد نیاز برای بسیاری از فرومغناطیس‌های قوی نیاز ندارند، که می‌تواند هزینه‌ها را کاهش داده و تأثیرات زیست‌محیطی تولید فناوری را کاهش دهد.
مرحله بعدی پژوهش
مرحله بعدی این کار شامل بهبود روش‌های کنترل آلترمغناطیس است. برخی کارشناسان می‌گویند بسیاری از کشفیات در زمینه مغناطیس سال‌ها طول می‌کشد تا به استانداردهای الکترونیک تبدیل شوند.
