دبابيس مغناطيسية تغلب على مخالب

الباحثون يكتشفون إمكانيات جديدة للتخزين المغناطيسي

التبديل الديناميكي للقلب الدوامة: في الجزء العلوي ، يتم عرض "الإبر المغناطيسية" لللب دوامة بشكل تخطيطي ، مع ترك الاتجاه لأسفل ، لأعلى إلى اليمين. يُظهر الجزء السفلي هذين الاتجاهين المغنطيسيين لجوهر الدوامة في صورتين تم التقاطهما باستخدام مجهر الأشعة السينية المسح المغناطيسي في مصدر الضوء المتقدم في بيركلي ، كاليفورنيا ، الولايات المتحدة الأمريكية. في منتصف نبض المجال المغناطيسي ثنائي القطب يظهر (250 ميغاهيرتز ، في ذروة 1.5 ملي تسلا) ، مما يسبب تبديل قلب دوامة. © معهد ماكس بلانك لأبحاث المعادن
قراءة بصوت عال

اكتشف العلماء آلية جديدة لتبديل الهياكل المغناطيسية الصغيرة - ما يسمى نوى دوامة - مع الحقول المغناطيسية ضعيفة بسرعة ودون خسارة. تحتاج حتى الآن إلى حقول مغناطيسية قوية للغاية ، مما يعني جهدًا فنيًا كبيرًا. الطريقة الجديدة ، المنشورة الآن في Nature ، قد تفتح فرصًا جديدة في تخزين البيانات المغناطيسية.

لقد شهدت أصغر الهياكل المغناطيسية ، التي تبلغ مساحتها بضعة ملايين من المليمترات ، اهتمامًا متزايدًا بالعلوم والتكنولوجيا لمدة عشر سنوات تقريبًا ، وذلك بسبب تطبيقات الذاكرة المغناطيسية المحتملة. في مثل هذه الهياكل ، تحدث ظاهرة ميكانيكية كمومية رائعة: قلب الدوامة ، الذي تم التنبؤ به نظريًا لمدة 40 عامًا ، ولكن لا يمكن اكتشافه إلا في التجربة قبل أربع سنوات. في الصفائح الدموية المغنطيسية الصغيرة ، تتجمع المناطق الممغنطة غالبًا لتشكيل دوائر مغناطيسية مغلقة مستوية تسمى الدوامات (المفرد: دوامة).

دوامة الأساسية كما التخزين المغناطيسي؟

إذا كنت تتخيل أنك ستسير في دوامة مع بوصلة بحجم ذرة ، فإن إبرة البوصلة ستشير دائمًا إلى الطائرة - ما لم تقترب من مركز الدوامة ، جوهرها: إبر البوصلة المغناطيسية الذرية ترتفع هناك السطح وينشأ في أصغر مساحة (في دائرة نصف قطرها حوالي 20 ذرة) أكبر مجال مغناطيسي ممكن في هذه المادة.

يمكن أن تشير الإبرة المغناطيسية إلى أعلى أو أسفل في قلب الدوامة. إذا كان أحد يريد استخدام هذا الاتجاه لتخزين البيانات المغناطيسية ، يتعين على المرء أن يتعامل مع الاستقرار الهائل النموذجي لهياكل دوامة: حتى الآن ، كانت هناك حاجة إلى حقول مغناطيسية خارجية عالية جدا من حوالي نصف تسلا لعكس اتجاه قلب دوامة. هذا هو حوالي ثلث الحقل الذي يمكن أن يقدمه أقوى مغناطيس دائم.

دوامة ومضادة للدوامة مجتمعة

لقد وجد الباحثون في معهد ماكس بلانك لأبحاث المعادن في شتوتغارت حلاً أنيقًا يجعل من السهل جدًا تبديل النوى الدوامة. باستخدام مجهر مسح الأشعة السينية الممزوج بالوقت الذي طورته مجموعة هيرمان ستول في المعهد ، اكتشفوا آلية غير معروفة سابقًا: التبديل الديناميكي للقلب الدوامة. عن طريق نبضة مغناطيسية قصيرة ، بادئ ذي بدء ، يتم إنشاء مجال مغناطيسي متعامد مع الدوامة. هذا يحفز الهيكل كله في حركة جماعية يدور. عرض

(أ) الحالة الأولية: دوامة أسفل ؛ (ب) أولاً ، يكون التمغنط الإضافي مرئيًا للأعلى ؛ (ج) من هذا ، تتشكل ذروة مزدوجة: زوج دوامة مضادة للقشرة ؛ (د) الحالة النهائية: بعد القضاء على دوامة الأصلي من قبل القشرة ، يظل جوهر دوامة الصدارة. معهد ماكس بلانك لأبحاث المعادن

وهكذا ، كما يتضح من عمليات المحاكاة الكهرومغناطيسية ، فإن المغنطة تتشكل في الاتجاه المعاكس عند حافة الدوامة الأصلية - تقريبًا بدون نفقات الطاقة. هذا يخلق زوج دوامة- antivortex. تزيل القشرة المخية الدوامة الأصلية ، تاركة دوامة من الاستقطاب المعاكس فقط.

اتجاه الإبرة باعتباره بت المغناطيسي

جنبا إلى جنب مع باحثين من جامعة غنت ، ومصدر الضوء المتقدم في بيركلي ، كاليفورنيا ، و Forschungszentrum J lich وجامعات ريغنسبورغ و بيليفيلد ، قام علماء ماكس بلانك بتجميع قلب دوامة أضعف 300 مرة ، ولكن نبضات مغناطيسية قصيرة للغاية وفعالة للتبديل.

من الممكن استخدام آلية التبديل هذه ، والتي تمت ملاحظتها لأول مرة ، لمفهوم تخزين مغناطيسي جديد تمامًا. تحدد اتجاهات الإبر المغناطيسية الصغيرة النانوية بتًا رقميًا مستقرًا للغاية ضد التأثيرات الخارجية التي لا يمكن تجنبها في كثير من الأحيان مثل التدفئة أو الحقول المغناطيسية المزعجة. بفضل التأثير الديناميكي الذي تم اكتشافه مؤخرًا ، يمكن تبديل قلب الدوامة بسهولة ، دون أي خسارة تقريبًا وقبل كل شيء سريع للغاية.

(MPG ، 27.11.2006 - NPO)