يوضح اكتشاف تجريبي جديد ، بقيادة باحثين في جامعة مينيسوتا ، أن عنصر الروثنيوم الكيميائي (Ru) هو العنصر الرابع الوحيد الذي له خصائص مغناطيسية فريدة في درجة حرارة الغرفة.
وسيمكن هذا الاكتشاف الجديد من استخدام العنصر في تحسين أجهزة الاستشعار والأجهزة الموجودة في ذاكرة الكمبيوتر و صناعة المنطق ، أو الأجهزة الأخرى التي تستخدم المواد المغناطيسية.
استخدام المغناطيسية الحديدية ، أو الآلية الأساسية التي من خلالها تشكل مواد معينة (مثل الحديد) مغنطيسات دائمة أو تنجذب إلى المغناطيسات ، تعود إلى الأزمنة القديمة عندما تم الإعتماد عليها في الملاحة.
و منذ ذلك الحين تم العثور على ثلاثة عناصر في الجدول الدوري و التي تتوفر فيها خصائص المغناطيسية الحديدية في درجة حرارة الغرفة وهي الحديد (Fe) ، الكوبالت (Co) والنيكل (Ni).
و تعتبر المواد المغناطيسية مهمة جدا في الصناعة والتكنولوجيا الحديثة ، وتستخدم في الدراسات الأساسية وفي العديد من التطبيقات اليومية مثل أجهزة الاستشعار ، المحركات الكهربائية ، المولدات ، وسائط القرص الصلب ، وأحدث استخدام للإلكترونيات الدورانية.
ومع تحسن استعمال الأغشية الرقيقة خلال العقود القليلة الماضية ، و التي تتمتع أيضًا بالقدرة على التحكم في بنية الشبكات البلورية أو حتى فرض هياكل مستحيلة بطبيعتها. توضح هذه الدراسة الجديدة أن عنصر الروثنيوم الكيميائي (Ru) يمكن أن يكون المادة المغناطيسية الرابعة و الذي يتميز باستخدام أغشية رقيقة جدًا لتحقيق الطور الكهرومغناطيسي.
و نشرت تفاصيل الدراسة الجديدة في في مجلة Nature Communications. وكان المؤلف الرئيسي للورقة البحثية هو “باتريك كواركرمان” من جامعة ولاية مينيسوتا ، وهو زميلباحث أيضا في المجلس القومي للبحوث (NRC) في المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST).
و قال “جيان بينغ وانغ” أستاذ الكهرباء وهندسة الكمبيوتر : “المغناطيسية هي دائما مذهلة ، فهي تثبت نفسها مرة أخرى. نحن متحمسون وممتنون لأن نكون أول مجموعة تجريبية تكتشف وتضيف العنصر المغنطيسي الرابع في درجة حرارة الغرفة إلى الجدول الدوري”.
و أضاف: “هذه مشكلة مثيرة ولكنها صعبة. استغرق الأمر منا حوالي عامين لإيجاد طريقة صحيحة لنمو هذه المادة والتحقق من صحتها. سيؤدي هذا العمل إلى قيام مجتمع البحث المغناطيسي بالبحث في الجوانب الأساسية للمغناطيسية للعديد من العناصر المعروفة”.
وقال الباحث المشارك في الدراسة “بول فويلز”، وهو رئيس قسم علوم وهندسة المواد في جامعة ويسكونسن ، إن : “القدرة على التلاعب بالمواد وتوصيفها على المستوى الذري هي حجر الزاوية في تكنولوجيا المعلومات الحديثة”.
يتفق شركاء الصناعة على أن التعاون هو مفتاح الابتكار
وقال “إيان يونغ” ، الباحث من شركة “إنتل”: “يسر إنتل تعاونها الطويل الأمد في الأبحاث مع جامعة مينيسوتا و نحن متحمسون لمشاركة هذه التطورات من خلال استكشاف سلوك التأثيرات الكمومية في المواد ، والتي قد توفر رؤيتنا لأجهزة منطقية وأجهزة ذاكرة موفرة للطاقة. ”
هذا و يتفق قادة الصناعة الآخرين على أن هذا الاكتشاف سيكون له تأثير كبير على قطاع صناعة أشباه الموصلات.
وقال “تود يونكين” ، مدير وكالة مشاريع الأبحاث الدفاعية المتقدمة (DARPA) ، التي تشارك في رعاية شركة بحةث أشباه الموصلات “Semiconductor Research Corporation” : “تتزايد أهمية الأجهزة الإلكترونيات الدورانية بسرعة كبيرة في صناعة أشباه الموصلات”.
و أضاف: “إن التقدم الأساسي في فهمنا للمواد المغناطيسية ، مثل تلك التي أظهرها البروفيسور “وانغ” وفريقه في هذه الدراسة ، أمر بالغ الأهمية لتحقيق اختراقات مستمرة في أداء الحوسبة والكفاءة”.
تتطلب التكنولوجيات الجديدة مواد جديدة
لا يزال التخزين المغناطيسي هو اللاعب المهيمن في تكنولوجيا تخزين البيانات ، لكن ذاكرة الوصول العشوائي القائمة على المغناطيسية والحوسبة بدأت تأخذ مكانها. كما تضع هذه الذواكر المغناطيسية والأجهزة المنطقية قيودًا إضافية على المواد المغناطيسية ، حيث يتم تخزين البيانات وحسابها ، مقارنة بالمواد المغناطيسية التقليدية للأقراص الصلبة.
وقد أدى هذا الدفع نحو إكتشاف مواد جديدة لتعزيز الاهتمام في محاولات لتحقيق التنبؤات التي تبين أنه في ظل الظروف المناسبة ، يمكن للمواد غير مغناطيسية ، مثل رو والبلاديوم (Pd) والأوزميوم (Os) أن تصبح ذات خصائص مغناطيسية.
و بناء على التنبؤات النظرية المعمول بها ، استخدم الباحثون في جامعة مينيسوتا هندسة طبقات البذور لإجبار المرحلة الرباعية من الروثنيوم الكيميائي (Ru) ، التي تفضل أن يكون لها تكوين سداسي ، ولاحظوا أول ظهور للمغناطيسية الحديدية في عنصر واحد في درجة حرارة الغرفة. تمتاز البنية البلورية والخصائص المغناطيسية على نطاق واسع بالتعاون مع مرفق توصيف جامعة مينيسوتا وزملائه في جامعة ويسكونسن.
وقال الباحثون ان هذه الدراسة ستفتح الباب أمام الدراسات الأساسية لهذا العنصر المغناطيسي الجديد. و من منظور التطبيق ، فإن (Ru) مثير للاهتمام لأنه مقاوم للأكسدة ، وتزعم التنبؤات النظرية الإضافية أنه يتمتع باستقرار حراري مرتفع – وهو مطلب حيوي لتوسيع الذواكر المغناطيسية. دراسة هذا الاستقرار الحراري العالي هو محور البحوث الجارية في جامعة مينيسوتا.
تعليقان
التعليقات معطلة.