پیشرفتدرنانوساختارهایمغناطیسیسهبعدیمیتواندمحاسباتمدرنرامتحولکند

دانشمندانباساختناولینماکتسهبعدیازمادهایبهناماسپینیخ،گامیبهسویساختدستگاههایقدرتمندیبرداشتهاندکهبارمغناطیسیرامهارمیکنند。

موادیخچرخشیبسیارغیرمعمولهستندزیرابهاصطلاحداراینقصهاییهستندکهمانندیکقطبیکآهنربارفتارمیکنند。

اینآهنرباهایتکقطبیکهبهعنوانتکقطبیمغناطیسینیزشناختهمیشوند،درطبیعتوجودندارند。هنگامیکههرمادهمغناطیسیبهدوقسمتتقسیممیشود،همیشهیکآهنربایجدیدباقطبشمالوجنوبایجادمیکند。

دهههاستکهدانشمندانبهدنبالشواهدیازتکقطبیهایمغناطیسیطبیعیبودهاندبهاینامیدکهدرنهایتنیروهایبنیادیطبیعترادریکنظریهبهاصطلاحهمهچیزگروهبندیکنندوتمامفیزیکرازیریکسقفقراردهند。

بااینحال،درسالهایاخیرفیزیکدانانموفقبهتولیدنسخههایمصنوعیازیکتکقطبیمغناطیسیازطریقایجادمواددوبعدیاسپین——یخشدهاند。

تابهامروز،اینساختارهاباموفقیتیکتکقطبیمغناطیسیرانشاندادهاند،امازمانیکهموادبهیکصفحهمحدودمیشوند،نمیتوانهمانفیزیکرابهدستآورد。درواقع،اینهندسهسهبعدیخاصشبکهاسپین——یخاستکهکلیدتواناییغیرعادیآنبرایایجادساختارهایکوچکیاستکهتکقطبیهایمغناطیسیراتقلیدمیکنند。

دریکمطالعهجدیدکهامروزدر自然通讯منتشرشد،تیمیبهرهبریدانشمنداندانشگاهکاردیفبااستفادهازیکنوعپیچیدهازپرینتسهبعدیوپردازش،اولینکپیسهبعدیازیکمادهاسپینیخراایجادکردند。

اینتیممیگویندفناوریچاپسهبعدیبهآنهااینامکانرامیدهدتاهندسهیخاسپینمصنوعیراتنظیمکنند،بهاینمعنیکهمیتوانندنحوهشکلگیریوحرکتتکقطبیهایمغناطیسیرادرسیستمهاکنترلکنند。

بهگفتهآنها،تواناییدستکاریآهنرباهایتکقطبیکوچکبهصورتسهبعدیمیتواندطیفگستردهایازبرنامههارابازکند،ازذخیرهسازیکامپیوتریپیشرفتهگرفتهتاایجادشبکههایمحاسباتیسهبعدیکهساختارعصبیمغزانسانراتقلیدمیکنند。

بیشاز10سالاستکهدانشمنداندرحالایجادومطالعهیخمصنوعیدردوبعدبودهاند。دکترساملاداک،نویسندهارشداینمقالهازدانشکدهفیزیکونجومدانشگاهکاردیف،گفت:باگسترشچنینسیستمهاییبهسهبعدی،مانمایشدقیقتریازفیزیکتکقطبییخچرخشیبهدستمیآوریمومیتوانیمتأثیرسطوحرامطالعهکنیم。

ایناولینباریاستکهکسیتوانستهاستیککپیسهبعدیدقیقازاسپینیخ،باطراحی،درمقیاسنانوایجادکند。

اسپینیخمصنوعیبااستفادهازتکنیکهایپیشرفتهنانوساختسهبعدیایجادشدکهدرآننانوسیمهایریزدرچهارلایهدرساختارشبکهایچیدهشدندکهخودکمترازعرضکلییکمویانسانبود。

نوعخاصیازمیکروسکوپبهناممیکروسکوپنیرویمغناطیسیکهبهمغناطیسحساساست،برایتجسمبارهایمغناطیسیموجوددردستگاهاستفادهشدوبهتیماجازهدادحرکتآهنرباهایتکقطبیرادرساختارسهبعدیردیابیکند。

دکترلاداکادامهداد:“کارمامهماستزیرانشانمیدهدکهفناوریهایچاپسهبعدیدرمقیاسنانورامیتوانبرایتقلیدازموادیاستفادهکردکهمعمولاًازطریقشیمیسنتزمیشوند。”

درنهایت،اینکارمیتواندوسیلهایبرایتولیدفراموادمغناطیسیجدیدباشد،جاییکهخواصموادباکنترلهندسهسهبعدییکشبکهمصنوعیتنظیممیشوند。

«دستگاههایذخیرهسازیمغناطیسی،ماننددرایودیسکسختیادستگاههایحافظهتصادفیمغناطیسی،حوزهدیگریاستکهمیتواندبهشدتتحتتأثیراینپیشرفتقرارگیرد。ازآنجاییکهدستگاههایفعلیفقطازدوبعدازسهبعدموجوداستفادهمیکنند،اینمقداراطلاعاتیراکهمیتوانذخیرهکردمحدودمیکند。ازآنجاییکهتکقطبیهارامیتوانبااستفادهازیکمیدانمغناطیسیدراطرافشبکهسهبعدیحرکتداد،ممکناستبتوانیکدستگاهذخیرهسازیسهبعدیواقعیبراساسبارمغناطیسیایجادکرد。