أشباه الجسيمات تسمى ميرون تظهر في مغناطيس صناعي مضاد لأول مرة - عالم الفيزياء

حدد فريق دولي من الباحثين أشباه الجسيمات التي تسمى ميرونز في المغناطيس الاصطناعي المضاد لأول مرة. يمكن أن تؤدي النتيجة إلى مفاهيم جديدة لأجهزة الإلكترونيات السبينية، التي تستخدم العزم المغناطيسي للإلكترون، أو الدوران، لتخزين المعلومات ومعالجتها.

يسعى العلماء إلى استغلال سبينات الإلكترون بهذه الطريقة لأن أجهزة الذاكرة الحاسوبية المعتمدة على الإلكترونيات السبينية ستكون أسرع وأكثر إحكاما من الأجهزة الإلكترونية البحتة الموجودة اليوم. إن السؤال حول أفضل السبل لبناء مثل هذه الأجهزة ليس له إجابة محددة حتى الآن، ولكن الكثير من الأبحاث الحديثة ركزت على هياكل تسمى skyrmions باعتبارها لبنات بناء محتملة. هذه الهياكل عبارة عن أشباه جسيمات مكونة من عدد كبير من الإلكترونات المغزلية، ويمكن اعتبارها دوامات ثنائية الأبعاد (أو "قوام مغزلي") داخل المادة.

توجد Skyrmions في العديد من المواد المغناطيسية، بما في ذلك الأغشية الرقيقة من الكوبالت والحديد والسيليكون والمنغنيز والسيليكون التي تم اكتشافها فيها لأول مرة. إنها مرشحات جذابة للإلكترونيات السبينية لأنها قوية في مواجهة الاضطرابات الخارجية، مما يجعلها مستقرة بشكل خاص لتخزين ومعالجة المعلومات التي تحتوي عليها. ويبلغ قطرها عشرات النانومترات فقط، كما أنها أصغر بكثير من المجالات المغناطيسية المستخدمة لتشفير البيانات في محركات الأقراص اليوم، مما يجعلها مثالية لتقنيات تخزين البيانات المستقبلية مثل ذاكرات "مضمار السباق".

مثل Skyrmions، تتكون Merons من العديد من الدورات الفردية. وعلى عكسها، فإن مجالاتها المغناطيسية الضالة ضئيلة للغاية، مما يسهل العمليات فائقة السرعة وحتى كثافات تخزين معلومات أعلى داخل الجهاز. ومع ذلك، حتى الآن، لم تتم ملاحظة الميرونات إلا في المغناطيسات الطبيعية المضادة، حيث ثبت أنه من الصعب تحليلها ومعالجتها.

الحد الأدنى من العزوم المغناطيسية الصافية

الباحثون في يوهانس غوتنبرغ جامعة ماينز (JGU) في ألمانيا؛ جامعة توهوكو, اليابان; و ال منشأة ألبا السنكروترونية للضوء في إسبانيا، تم الآن تحديد الميرونات في المغناطيسات الحديدية المضادة الاصطناعية المصنوعة من أكوام متعددة الطبقات من الطبقات المغناطيسية الفردية المترابطة. على عكس المغناطيسات الطبيعية المضادة، يمكن تحضير هذه المواد الاصطناعية بطريقة يتم التحكم فيها بشكل جيد باستخدام تقنيات راسخة مثل الترسيب بالرش.

وقد مكّن هذا التحكم الرائع الفريق من ضبط كيفية تفاعل الطبقات المختلفة، وبالتالي تقليل صافي عزومها المغناطيسية. وهذا يمنح النظام مزايا كل من المغناطيسات المضادة (التي تميل فيها دورانات الإلكترون إلى محاذاة التوازي مع بعضها البعض) والمغناطيسات الحديدية (التي لها دورانات إلكترون متوازية). لا تشمل الأمثلة فقط المجالات المغناطيسية الضالة المنخفضة، ولكن أيضًا القوام المتجانس المستقر وديناميكيات الدوران السريعة ضمن بيئة متعددة البلورات، كما يوضح منى بوكتا، طالب دكتوراه في JGU والقائد المشارك للدراسة.

"في عملنا، نجحنا في تثبيت هذه الأنسجة المغزلية في مغانط حديدية مضادة اصطناعية مع تباين صغير جدًا في المستوى السهل (بحيث يكمن الاتجاه المفضل للمغنطة في مستوى الفيلم) وقمنا بتصوير هياكلها المعقدة من خلال الجمع بين عدة طرق تصوير." يقول بختا. وشملت الأساليب التي استخدموها الفحص المجهري للقوة المغناطيسية والمجهر الإلكتروني الماسح مع تحليل الاستقطاب بالإضافة إلى المجهر الإلكتروني للانبعاث الضوئي الخاص بعنصر معين باستخدام ثنائية اللون الدائرية المغناطيسية للأشعة السينية.

وبفضل تقنيات التصوير هذه، حدد الفريق العديد من الأنسجة الدورانية المختلفة في المادة المكدسة. لم يكن ذلك سهلاً، حيث كان على الباحثين تصوير أشباه الجسيمات بطريقة تحل المكونات الثلاثة لمتجه المغنطة قبل أن يتمكنوا من إثبات وجود الميرونات بشكل لا لبس فيه. كما طور الباحثون نموذجًا تحليليًا لتوضيح الآليات التي تعمل على تثبيت هذه الهياكل في نظامهم. كان الهدف في هذه الحالة هو تحديد السُمك الأمثل لكل طبقة وتحديد أفضل "المواد المضيفة" للميرونات.

كما لوحظت الهياكل ذات الصلة

بالإضافة إلى تحديد الميرونات، لاحظ الفريق أيضًا الهياكل ذات الصلة مثل الميرونات المضادة والبيميرونات المستقرة طوبولوجيًا في المغناطيسات المضادة الاصطناعية الخاصة بها. على عكس ما هو الحال في Skyrmions، فإن اتجاه المغنطة الصافية والمجال الناشئ الذي تنتجه البيميرونات متعامدان بشكل متبادل، كما يوضح بوكتا.

تقول: "هذه الميزة المميزة تمكننا، على سبيل المثال، من التحقيق مباشرة في تأثير هول الطوبولوجي ومعالجته باستخدام قوام دوران الميرون". عالم الفيزياء. يحدث هذا التأثير عندما تتدفق الإلكترونات عبر موصل في وجود مجال مغناطيسي. يؤثر المجال المغناطيسي المطبق على الإلكترونات بقوة جانبية، مما يؤدي إلى فرق الجهد الذي يتناسب مع قوة المجال. إذا كان الموصل يحتوي على مجال مغناطيسي داخلي أو نسيج مغزلي مغناطيسي، فإن ذلك يؤثر أيضًا على الإلكترونات.

يقول بوكتا: "توفر إشارات القاعة الصادرة عن البيميرونات وسيلة مباشرة لاكتشاف وقياس الطوبولوجيا، مما يوفر لنا إمكانية مثيرة لتطوير تقنيات قائمة على الطوبولوجيا المغناطيسية حيث تعمل الطوبولوجيا كحامل للمعلومات".

الباحثون الذين قاموا بالتفصيل في عملهم طبيعة الاتصالات، نخطط الآن لدراسة التفاعل بين الميرونات والمجالات المغناطيسية الخارجية والتيارات الكهربائية. يقول بوكتا: "نود أيضًا أن ندرس كيفية تفاعلهم فيما بينهم".

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/quasiparticles-called-merons-appear-in-a-synthetic-antiferromagnet-for-the-first-time/