مادة مغناطيسية تحطم الرقم القياسي للتبديل فائق السرعة

أعلن باحثون في مركز CRANN (مركز أبحاث البنى النانوية التكيفية والأجهزة النانوية)، وكلية الفيزياء في كلية ترينيتي بدبلن، اليوم عنمادة مغناطيسيةتم تطويره في المركز ويظهر أسرع تبديل مغناطيسي تم تسجيله على الإطلاق.

استخدم الفريق أنظمة ليزر الفمتوثانية في مختبر أبحاث الفوتونيات في CRANN لتبديل وإعادة تبديل الاتجاه المغناطيسي لمادتهم في تريليونات من الثانية، أي أسرع بست مرات من الرقم القياسي السابق، وأسرع مائة مرة من سرعة ساعة الكمبيوتر الشخصي.

يوضح هذا الاكتشاف إمكانات هذه المادة في مجال الجيل الجديد من أجهزة الكمبيوتر فائقة السرعة الموفرة للطاقة وأنظمة تخزين البيانات.

حقق الباحثون سرعات تحويل غير مسبوقة في سبيكة تُسمى MRG، صُنعت لأول مرة من قِبل الفريق عام ٢٠١٤ من المنغنيز والروثينيوم والغاليوم. في التجربة، سلّط الفريق نبضات من ضوء الليزر الأحمر على أغشية رقيقة من MRG، مُولِّدًا ميغاواط من الطاقة في أقل من جزء من مليار من الثانية.

يُغيّر انتقال الحرارة الاتجاه المغناطيسي لمغناطيس MRG. يستغرق تحقيق هذا التغيير الأول عُشر بيكو ثانية بسرعة فائقة (1 بيكو ثانية = جزء من تريليون من الثانية). والأهم من ذلك، اكتشف الفريق إمكانية إعادة الاتجاه بعد عشرة تريليونات من الثانية. وهذه أسرع عملية إعادة تغيير لاتجاه مغناطيس رُصدت على الإطلاق.

ونشرت نتائجهم هذا الأسبوع في مجلة الفيزياء الرائدة، Physical Review Letters.

قد يفتح هذا الاكتشاف آفاقًا جديدة للحوسبة المبتكرة وتكنولوجيا المعلومات، نظرًا لأهميةمادة مغناطيسيةفي هذه الصناعة، تُعدّ المواد المغناطيسية، الموجودة في العديد من أجهزتنا الإلكترونية، وكذلك في مراكز البيانات الضخمة التي تُشكّل جوهر الإنترنت، مسؤولة عن قراءة البيانات وتخزينها. يُولّد الانفجار المعلوماتي الحالي بياناتٍ أكثر ويستهلك طاقةً أكبر من أي وقت مضى. ويُعدّ إيجاد طرق جديدة موفرة للطاقة لمعالجة البيانات، وموادّ مُلائمة لها، شاغلاً بحثياً عالمياً.

كان سر نجاح فرق ترينيتي هو قدرتهم على تحقيق التبديل فائق السرعة دون أي مجال مغناطيسي. يستخدم التبديل التقليدي للمغناطيس مغناطيسًا آخر، مما يتطلب طاقة ووقتًا. أما مع مادة MRG، فقد تم تحقيق التبديل بنبضة حرارية، مستفيدين من تفاعل المادة الفريد مع الضوء.

يناقش الباحثان جان بيسباس وكارستن رود من جامعة ترينيتي أحد جوانب البحث:

"المواد المغناطيسيةتمتلك s بطبيعتها ذاكرةً تُستخدم في المنطق. حتى الآن، كان التحول من حالة مغناطيسية "صفر منطقي" إلى أخرى "واحد منطقي" مُستهلكًا للطاقة وبطيئًا للغاية. يتناول بحثنا مسألة السرعة بإظهار أنه يُمكننا تحويل MRG من حالة إلى أخرى في 0.1 بيكو ثانية، والأهم من ذلك، أن التحول الثاني لا يُمكن أن يتبعه سوى 10 بيكو ثانية، وهو ما يُعادل ترددًا تشغيليًا يُقارب 100 جيجاهرتز - أسرع من أي شيء رُصد من قبل.

"يسلط هذا الاكتشاف الضوء على القدرة الخاصة لجهاز MRG الخاص بنا على ربط الضوء والدوران بشكل فعال بحيث يمكننا التحكم في المغناطيسية بالضوء والضوء بالمغناطيسية في فترات زمنية غير قابلة للتحقيق حتى الآن."

وفي معرض تعليقه على عمل فريقه، قال البروفيسور مايكل كوي، من كلية الفيزياء بجامعة ترينيتي وCRANN: "في عام 2014، عندما أعلنا أنا وفريقي لأول مرة أننا ابتكرنا سبيكة جديدة تمامًا من المنغنيز والروثينيوم والغاليوم، والمعروفة باسم MRG، لم نشك أبدًا في أن المادة تتمتع بهذه الإمكانات المغناطيسية البصرية الرائعة.

سيؤدي هذا العرض التوضيحي إلى ابتكار مفاهيم جديدة لأجهزة تعتمد على الضوء والمغناطيسية، والتي قد تستفيد من زيادة كبيرة في السرعة وكفاءة الطاقة، وربما تُسهم في نهاية المطاف في ابتكار جهاز عالمي واحد يجمع بين وظائف الذاكرة والمنطق. إنه تحدٍّ هائل، لكننا أظهرنا مادة قد تُمكّننا من تحقيقه. نأمل في الحصول على تمويل وتعاون من قطاع الصناعة لمواصلة عملنا.