يمكن أن يؤدي التقدم في الهياكل النانوية المغناطيسية ثلاثية الأبعاد إلى إحداث تحول في الحوسبة الحديثة

لقد اتخذ العلماء خطوة نحو إنشاء أجهزة قوية يمكن تسخيرهامغناطيسي يتم الشحن عن طريق إنشاء أول نسخة طبق الأصل ثلاثية الأبعاد من مادة تعرف باسم الجليد المغزلي.

تعتبر مواد الجليد المغزلي غير عادية للغاية لأنها تحتوي على ما يسمى بالعيوب التي تتصرف مثل القطب الوحيد للمغناطيس.

هذه المغناطيسات أحادية القطب، والمعروفة أيضًا باسم أحاديات القطب المغناطيسي، غير موجودة في الطبيعة؛عندما يتم قطع كل مادة مغناطيسية إلى قسمين، فإنها ستخلق دائمًا مغناطيسًا جديدًا له قطب شمالي وجنوبي.

لعقود من الزمن ظل العلماء يبحثون على نطاق واسع عن أدلة على حدوثها بشكل طبيعيمغناطيسي احتكارات على أمل تجميع القوى الأساسية للطبيعة أخيرًا في ما يسمى بنظرية كل شيء، ووضع الفيزياء بأكملها تحت سقف واحد.

ومع ذلك، تمكن الفيزيائيون في السنوات الأخيرة من إنتاج نسخ صناعية من أحادي القطب المغناطيسي من خلال إنشاء مواد جليدية ثنائية الأبعاد.

حتى الآن، أثبتت هذه الهياكل بنجاح وجود أحادي القطب المغناطيسي، ولكن من المستحيل الحصول على نفس الفيزياء عندما تكون المادة محصورة في مستوى واحد.في الواقع، إن الهندسة المحددة ثلاثية الأبعاد لشبكة الجليد الدوراني هي المفتاح لقدرتها غير العادية على إنشاء هياكل صغيرة تحاكيمغناطيسياحتكارات.

في دراسة جديدة نشرت اليوم في Nature Communications، قام فريق بقيادة علماء في جامعة كارديف بإنشاء أول نسخة طبق الأصل ثلاثية الأبعاد من مادة الجليد الدوار باستخدام نوع متطور من الطباعة والمعالجة ثلاثية الأبعاد.

يقول الفريق إن تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد أتاحت لهم تصميم هندسة الجليد الاصطناعي، مما يعني أنهم يستطيعون التحكم في طريقة تشكيل الأقطاب المغناطيسية وتحركها في الأنظمة.

ويقولون إن القدرة على التعامل مع المغناطيسات الصغيرة أحادية القطب ثلاثية الأبعاد يمكن أن تفتح مجموعة كاملة من التطبيقات، بدءًا من تخزين الكمبيوتر المحسن وحتى إنشاء شبكات حوسبة ثلاثية الأبعاد تحاكي البنية العصبية للدماغ البشري.

"منذ أكثر من 10 سنوات، ظل العلماء يبتكرون ويدرسون الجليد الدوار الاصطناعي في بعدين.وقال المؤلف الرئيسي الدكتور سام لاداك من كلية الفيزياء وعلم الفلك بجامعة كارديف: "من خلال توسيع هذه الأنظمة إلى ثلاثة أبعاد، نحصل على تمثيل أكثر دقة لفيزياء احتكار الجليد الدوراني ونكون قادرين على دراسة تأثير الأسطح".

"هذه هي المرة الأولى التي يتمكن فيها أي شخص من إنشاء نسخة طبق الأصل ثلاثية الأبعاد من الجليد الدوار، حسب التصميم، على مقياس النانو."

تم إنشاء الجليد الاصطناعي باستخدام أحدث تقنيات التصنيع النانوي ثلاثي الأبعاد، حيث تم تكديس أسلاك نانوية صغيرة في أربع طبقات في هيكل شبكي، والذي كان قياسه في حد ذاته أقل من عرض شعرة الإنسان بشكل عام.

تم بعد ذلك استخدام نوع خاص من المجهر يُعرف باسم مجهر القوة المغناطيسية، وهو حساس للمغناطيسية، لتصور الشحنات المغناطيسية الموجودة على الجهاز، مما يسمح للفريق بتتبع حركة المغناطيس أحادي القطب عبر الهيكل ثلاثي الأبعاد.

وتابع الدكتور لاداك: "إن عملنا مهم لأنه يوضح أنه يمكن استخدام تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد على نطاق النانو لتقليد المواد التي يتم تصنيعها عادة عن طريق الكيمياء".

"في نهاية المطاف، يمكن أن يوفر هذا العمل وسيلة لإنتاج مواد مغناطيسية جديدة، حيث يتم ضبط خصائص المواد عن طريق التحكم في الهندسة ثلاثية الأبعاد لشبكة صناعية.

"إن أجهزة التخزين المغناطيسية، مثل محرك الأقراص الثابتة أو أجهزة ذاكرة الوصول العشوائي المغناطيسية، هي مجال آخر يمكن أن يتأثر بشكل كبير بهذا الاختراق.وبما أن الأجهزة الحالية تستخدم اثنين فقط من الأبعاد الثلاثة المتاحة، فإن هذا يحد من كمية المعلومات التي يمكن تخزينها.وبما أنه يمكن تحريك الأقطاب الأحادية حول الشبكة ثلاثية الأبعاد باستخدام مجال مغناطيسي، فقد يكون من الممكن إنشاء جهاز تخزين ثلاثي الأبعاد حقيقي يعتمد على الشحنة المغناطيسية.