اكتشف العلماء تأثير هول الجديد في المغناطيس المضاد للحديدية غير الخطي مدفوعا بتيارات الدوران ، مما يوفر مسارا لأجهزة سبينترونيك أكثر كفاءة ومرونة.

اكتشف فريق بقيادة طالب الدراسات العليا بجامعة ولاية كولورادو لوك وارنات والأستاذ المساعد هوا تشن تأثير هول لم يكن معروفا سابقا يمكن أن يؤدي إلى أجهزة إلكترونية أكثر كفاءة في استخدام الطاقة.

تم إجراء بحثهم ، الذي نشر في رسائل المراجعة الفيزيائية ، بالتعاون مع طالب الدراسات العليا باستيان براديناس والبروفيسور أوليغ تشيرنيشيوف في جامعة جونز هوبكنز. وجد الباحثون دليلا على وجود خاصية جديدة في فئة من المواد المغناطيسية المعقدة المعروفة باسم المغناطيس المضاد للحديدية غير الخطية ، والمعروفة باسم "كتلة القاعة".

يصف تأثير هول التقليدي ، الذي اكتشفه إدوين هول من جامعة جونز هوبكنز في 1879 ، كيف ينحرف التيار الكهربائي عند تعرضه لمجال مغناطيسي خارجي ، مما ينتج عنه جهد قابل للقياس. يلعب هذا التأثير دورا مهما في تقنيات مثل مستشعرات سرعة السيارات وأجهزة الكشف عن حركة الهواتف الذكية.

ولكن في بحث جامعة ولاية كولورادو ، يحتل دوران الإلكترونات (شكل جوهري صغير من الزخم الزاوي) مركز الصدارة بدلا من الشحنة. المغناطيس المضاد للسطور غير الخطي ، على عكس المغناطيس المتوازي أو المضاد للتوازي الذي نعرفه ، له دوران في اتجاهات مختلفة ، لكن المجموع لا يزال صفرا صافي مغنطة. يعطي نسيج الدوران الفريد هذا بعدا جديدا لتأثير Hall ، حيث يمكن أن تتدفق التيارات الدوارة بزوايا قائمة ، وليس فقط الشحنات الكهربائية.

دور تيارات الدوران وكتلة القاعة

أوضح وارنر: "تخيل دفع تيار دوران واحد في اتجاه واحد ودفع تيار دوران آخر في الاتجاه الآخر". "هذه هي السمة المميزة لتأثير القاعة." السبب في أن هذا التأثير الجديد ، الذي تتحكم فيه "كتلة القاعة" ، يحدث فقط في المغناطيس المضاد للحديدية غير الخطية لأن لديهم ثلاث درجات من الحرية لوصف اتجاه الدوران.

ينتج عن هذا التعقيد الإضافي ثلاثة فروع لموجة الدوران (الاهتزازات الجماعية للدوران) ، يتدفق اثنان منها بشكل طبيعي إلى الجانب تحت تأثير القوة الدافعة.

من الناحية التجريبية ، يمكن للباحثين قياس كتلة هول عن طريق حقن موجات الدوران من المغناطيس التقليدي إلى المغناطيس المضاد للحديدية غير الخطية والكشف عن تراكم الدوران على طول الحواف ، أو باستخدام تقنيات التشتت مثل النيوترونات أو الأشعة السينية لتتبع أطياف الدوران منخفضة الطاقة.

الآثار المترتبة على spintronics والتقنيات المستقبلية

نظرا لأن التيارات الدوارة تولد حرارة أقل بكثير من التيارات الكهربائية ، فإن استخدامها يمكن أن يحدث ثورة في الإلكترونيات الحديثة. وضع هذا الاحتمال الأساس لمجال "spintronics" سريع النمو ، وهو مخصص لبناء أجهزة مثل التخزين المغناطيسي (ذاكرة الوصول العشوائي المقاومة للمغناطيسية ، MRAM) ، والتي تكون أكثر كفاءة في استخدام الطاقة ومقاومة لتدمير البيانات بواسطة المجالات المغناطيسية الخارجية.

في المواد المغناطيسية التقليدية ، تدمر المجالات المغناطيسية الضالة أحيانا المعلومات المخزنة. في المقابل ، فإن المغناطيس المضاد للحديدية غير الخطية له تأثير أقل بكثير على هذا التداخل ، مما يجعلها أكثر أمانا من حيث تخزين البيانات ومعالجتها. في الختام ، فإن اكتشاف تأثير هول الجديد وكتلة القاعة المرتبطة به يفتح اتجاها مثيرا لفيزياء المادة المكثفة وقد يوجه تطوير الجيل التالي من تقنيات محرك الدوران.