تم الكشف عن فيزياء جديدة وتطبيقات المغناطيسات المضادة

قامت المجموعة البحثية المكونة من البروفيسور هيديو أونو والأستاذ المشارك شونسوكي فوكامي من جامعة توهوكو بدراسة التحكم في المغنطة باستخدام تيار مطبق على الهياكل المتغايرة التي تشتمل على مغناطيس مضاد. ووجدوا أن التيار يؤدي إلى تدفق دوران الإلكترون في المغناطيس الحديدي المضاد، مما يؤدي إلى تبديل المغنطة في المغناطيس الحديدي المجاور.

تسلط النتائج التي تم الحصول عليها الضوء على فيزياء جديدة للمغناطيس الحديدي وتفتح أيضًا مسارات مختلفة نحو دوائر متكاملة ذات طاقة منخفضة للغاية وتطبيقات جديدة أخرى مثل الحوسبة العصبية.

من المتوقع أن تنتج أجهزة Spintronics التي يمكنها تخزين المعلومات عبر اتجاه المغنطة تحت أي مصدر طاقة، دوائر متكاملة ذات طاقة منخفضة للغاية. تتمثل المشكلة الرئيسية للتطبيق في كيفية تحقيق تبديل مغنطيسي سريع وموثوق مع استهلاك منخفض للطاقة.

في الآونة الأخيرة، تم إنشاء مخطط تبديل باستخدام تدفق تدور الإلكترون، ما يسمى بتيار الدوران، الذي ينشأ من التفاعل المداري، لقد اجتذبت قدرًا كبيرًا من الاهتمام كوسيلة جديدة لتحقيق تحكم سريع وموثوق في المغنطة. وقد لوحظ هذا المخطط في الهياكل المتغايرة التي تتكون عادةً من طبقة معدنية ثقيلة مغنطيسية وغير مغناطيسية ويسمى بتبديل المغنطة المستحث بعزم دوران الدوران.

قامت مجموعة البحث بالتحقيق في التحول الناجم عن عزم الدوران في مدار الدوران في نظام ثنائي الطبقة مغنطيس حديدي مغنطيسي مضاد. حتى الآن، لم يتم بعد دراسة حركة دوران الإلكترون في المواد المضادة للمغناطيسية بشكل جيد. قاموا بتصنيع أجهزة تبديل من مجموعة تحتوي على PtMn مضاد للمغناطيسية وطبقة متعددة من Co/Ni مغناطيسية حديدية، وقاموا بتقييم خصائص التبديل كهربائيًا في درجة حرارة الغرفة. ووجدوا أن التيار المتدفق في المغناطيس الحديدي المضاد يولد عزم دوران مداريًا كبيرًا بما يكفي للحث على تبديل المغنطة في المغناطيس الحديدي المجاور.

تجدر الإشارة إلى أنه في حين أن تبديل عزم الدوران في المدار الدوراني في أنظمة الطبقة الثنائية غير المغناطيسية ذات المغناطيس الحديدي التي تمت دراستها سابقًا يتطلب مجالًا خارجيًا داخل الطائرة، فإن النظام الحالي يسمح بالتبديل الخالي من المجال نظرًا لخاصية فريدة تنشأ في واجهة المغناطيس الحديدي المضاد.

علاوة على ذلك، وجدوا أنه في هياكل مداخن معينة، يمكن التحكم في الجزء المعكوس من المغنطة بطريقة تناظرية من خلال حجم التيار المطبق، ويمكن أيضًا أن تُعزى هذه الميزة إلى طبيعة المغناطيس الحديدي المضاد.

هذا العمل مهم من وجهة نظر الفيزياء والتطبيق. فيما يتعلق بالفيزياء، تسمح النتائج التي تم الحصول عليها بفهم أعمق لظواهر النقل المغزلي والمغناطيس الحديدي، مثل تأثير هول الطوبولوجي. من حيث التطبيق، يُظهر التبديل الخالي من المجال الخارجي الذي تم تحقيقه في هذا العمل وعدًا بتنفيذ أجهزة عزم الدوران ذات المدار الدوراني من أجل الطاقة المنخفضة للغاية في المستقبل دوائر متكاملة. بالإضافة إلى ذلك، بما أن السلوك التناظري الذي لوحظ هنا يشبه طريقة تشغيل المشابك العصبية في الدماغ، فإن جهاز المغناطيس الحديدي المضاد الحالي يمكن أن يكون مفتاحًا لتحقيق الحوسبة العصبية الشكلية، والتي تُعرف بأنها تحقق معالجة فعالة للمعلومات.