مادة مغناطيسية تحطم الرقم القياسي للسرعة الفائقة في التبديل

أعلن باحثون في مركز CRANN (مركز أبحاث الهياكل النانوية والأجهزة النانوية التكيفية) وكلية الفيزياء في كلية ترينيتي دبلن اليوم أنمادة مغناطيسيةيُظهر الجهاز الذي تم تطويره في المركز أسرع عملية تبديل مغناطيسي تم تسجيلها على الإطلاق.

استخدم الفريق أنظمة ليزر الفيمتو ثانية في مختبر أبحاث الفوتونيات في مركز CRANN لتبديل ثم إعادة تبديل الاتجاه المغناطيسي لمادتهم في أجزاء من تريليون من الثانية، أي أسرع بست مرات من الرقم القياسي السابق، وأسرع بمئة مرة من سرعة ساعة الكمبيوتر الشخصي.

يُظهر هذا الاكتشاف إمكانات هذه المادة لجيل جديد من أجهزة الكمبيوتر فائقة السرعة والموفرة للطاقة وأنظمة تخزين البيانات.

حقق الباحثون سرعات تبديل غير مسبوقة في سبيكة تُسمى MRG، والتي قام الفريق بتصنيعها لأول مرة عام 2014 من المنغنيز والروثينيوم والغاليوم. في التجربة، قام الفريق بتسليط نبضات من ضوء الليزر الأحمر على أغشية رقيقة من MRG، مما أدى إلى توليد طاقة بالميغاواط في أقل من جزء من مليار من الثانية.

يؤدي انتقال الحرارة إلى تغيير اتجاه المجال المغناطيسي لمغناطيس RRG. ويستغرق هذا التغيير الأول جزءًا من عشرة أجزاء من البيكوثانية (1 بيكوثانية = جزء من تريليون من الثانية)، وهي مدة فائقة السرعة. والأهم من ذلك، اكتشف الفريق إمكانية إعادة الاتجاه إلى وضعه الأصلي بعد عشرة أجزاء من تريليون من الثانية. وهذا أسرع تغيير لاتجاه مغناطيس تم رصده على الإطلاق.

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

قد يفتح هذا الاكتشاف آفاقًا جديدة للحوسبة المبتكرة وتكنولوجيا المعلومات، نظرًا لأهميةمادة مغناطيسيةفي هذا المجال، تُستخدم المواد المغناطيسية، المخفية في العديد من أجهزتنا الإلكترونية، وكذلك في مراكز البيانات الضخمة التي تُشكل قلب الإنترنت، لقراءة البيانات وتخزينها. يُولّد الانفجار المعلوماتي الحالي كميات هائلة من البيانات ويستهلك طاقةً أكثر من أي وقت مضى. لذا، يُعدّ إيجاد طرق جديدة فعّالة من حيث استهلاك الطاقة لمعالجة البيانات، والمواد المناسبة لذلك، شاغلاً بحثياً عالمياً.

يكمن سر نجاح فرق ترينيتي في قدرتها على تحقيق التبديل فائق السرعة دون أي مجال مغناطيسي. يستخدم التبديل التقليدي للمغناطيس مغناطيسًا آخر، مما يستهلك طاقةً ووقتًا كبيرين. أما مع تقنية MRG، فقد تم تحقيق التبديل بنبضة حرارية، مستفيدةً من التفاعل الفريد للمادة مع الضوء.

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

"مادة مغناطيسيةتمتلك هذه الأجهزة ذاكرةً بطبيعتها يمكن استخدامها في العمليات المنطقية. وحتى الآن، كان الانتقال من حالة مغناطيسية "منطقية 0" إلى أخرى "منطقية 1" عمليةً تستهلك طاقةً كبيرةً وتستغرق وقتًا طويلاً. يتناول بحثنا مسألة السرعة من خلال إظهار إمكانية تحويل جهاز MRG من حالة إلى أخرى في 0.1 بيكو ثانية، والأهم من ذلك، إمكانية إجراء تحويل ثانٍ بعد 10 بيكو ثانية فقط، ما يُعادل تردد تشغيل يبلغ حوالي 100 جيجاهرتز، وهو أسرع من أي شيء تم رصده سابقًا.

"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 على نطاقات زمنية لم تكن قابلة للتحقيق من قبل."

وعلق البروفيسور مايكل كوي، من كلية الفيزياء بجامعة ترينيتي ومركز CRANN، على عمل فريقه قائلاً: "في عام 2014 عندما أعلن فريقي وأنا لأول مرة أننا ابتكرنا سبيكة جديدة تمامًا من المنغنيز والروثينيوم والغاليوم، والمعروفة باسم MRG، لم نشك أبدًا في أن المادة لديها هذا الإمكانات المغناطيسية البصرية الرائعة."

ستؤدي هذه التجربة إلى ابتكار مفاهيم جديدة للأجهزة تعتمد على الضوء والمغناطيسية، والتي يمكن أن تستفيد من زيادة كبيرة في السرعة وكفاءة الطاقة، وربما تُفضي في نهاية المطاف إلى جهاز واحد شامل يجمع بين وظائف الذاكرة والمنطق. إنه تحدٍ كبير، لكننا عرضنا مادة قد تجعل ذلك ممكناً. نأمل في تأمين التمويل والتعاون مع الصناعة لمواصلة عملنا.