حقبة جديدة من المغناطيسية؟ علماء يقترحون طريقة لرصد «المغناطيسات التعاقبية»

قد يكون الفيزيائيون توصلوا إلى وسيلة للتعرف على نوع ثالث من المغناطيسية يُعرف باسم المغناطيسية التبادلية، وكان قد اكتُشف في عام 2022. ويجمع هذا الشكل الجديد من المغناطيسية بين الخصائص المرغوبة في كل من المغناطيسات الحديدية والمغناطيسات المضادة للحديدية، ما قد يُحدث ثورة في نقل المعلومات. غير أن اكتشاف هذه المواد ظل تحديًا كبيرًا حتى الآن.

أبرز النقاط

• تعتمد تقنية نظرية جديدة على مستشعرات كمومية للكشف عن المواد التبادلية المغناطيسية.
• تجمع المواد التبادلية المغناطيسية بين التبديل السريع في المواد المضادة للحديدية وقابلية التحكم في المواد الحديدية المغناطيسية.
• الطريقة المقترحة أقل تدخّلًا في المادة من تقنيات الكشف الحالية.

فهم تطور المغناطيسية

قبل اكتشاف المغناطيسية التبادلية، كان العلماء يعرفون نوعين أساسيين من المغناطيسية: المغناطيسية الحديدية والمغناطيسية المضادة للحديدية.

مقارنة بين الحالات المغناطيسية الثلاث

النوع	سلوك اللفّ المغزلي	الميزة الأساسية
المغناطيسات الحديدية	تصطف لفّات الإلكترونات المغزلية في الاتجاه نفسه	يسهل التحكم بها
المغناطيسات المضادة للحديدية	تتجه لفّات الإلكترونات المغزلية المتجاورة في اتجاهين متعاكسين	واعدة لتخزين البيانات بكفاءة في استهلاك الطاقة
المغناطيسات التبادلية	تتلاشى تأثيرات الإلكترونات بعضها مع بعض، لكن البنية الذرية تتيح سلوكًا شبيهًا بسلوك المغناطيسات الحديدية	تجمع بين سرعة التبديل وقابلية التحكم في الخصائص الإلكترونية

تمثل المغناطيسات التبادلية مزيجًا فريدًا. فإلكتروناتها تلغي تأثير بعضها بعضًا، على غرار المغناطيسات المضادة للحديدية، لكن بنيتها الذرية تتيح لها أن تتصرف مثل المغناطيسات الحديدية. ووفقًا لجامير مارينو، وهو أحد المشاركين في إعداد الدراسة، فإن هذا المزيج يوفّر إمكانية تحقيق سرعات تبديل عالية إلى جانب خصائص إلكترونية يمكن التحكم فيها.

طريقة جديدة للكشف

تعتمد التقنية المقترحة على مطيافية الضوضاء الكمومية. وهي تنطوي على إدخال عيب مغناطيسي بالغ الصغر داخل الألماس — وتحديدًا ذرة نيتروجين بجوار ذرة كربون مفقودة. وتتميز هذه العيوب بحساسية عالية جدًا تجاه المجالات المغناطيسية.

وعندما تكون مادة تبادلية مغناطيسيًا موجودة، ويحاول الباحثون تدوير اللفّ المغزلي للعيب الموجود في الألماس، فإن هذا العيب يسترخي بمعدلات مختلفة تبعًا للاتجاه. ويُعد هذا الاسترخاء الاتجاهي علامة مميزة للمادة التبادلية المغناطيسية. وتمتاز هذه الطريقة بأنها أقل إحداثًا للاضطراب في المادة قيد الدراسة مقارنة بالتقنيات الحالية، التي قد تكون مرهقة وتتطلب معدات ضخمة مثل مسرّعات الجسيمات.

الآفاق المستقبلية والتحديات

2022

لم يُتعرّف إلى المغناطيسية التبادلية إلا مؤخرًا، ولهذا فإن وجود طريقة عملية للكشف عنها قد يسرّع الأبحاث بسرعة.

ومع أن الطريقة المقترحة أظهرت نتائج واعدة من خلال عمليات محاكاة كمومية متقدمة، فلا يزال من الضروري اختبارها تجريبيًا للتأكد من موثوقيتها في الكشف عن المغناطيسية التبادلية. وإذا ثبت نجاحها، فقد تزوّد هذه التقنية الباحثين بأداة أكثر إتاحة للتعرف إلى المواد ذات الإمكانات التكنولوجية الكبيرة، مما يمهد الطريق أمام جيل جديد من التقنيات المغناطيسية.