تحول در دنیای الکترونیک با مغناطیس اتمی

موبنا – یک تیم از دانشگاه “کورنل”(Cornell) آمریکا، موفق به اداره کردن آهن‌رباهایی با ضخامت یک اتم با میدان الکتریکی شده است که امیدوار است تا ذخیره‌سازی داده‌ها برای تراشه‌های رایانه‌ای و دیگر تجهیزات الکترونیکی را بهبود ببخشد.

“جی شان”، استاد فیزیک کاربردی و مهندسی فیزیک این دانشگاه، همراه با “کینگ فای مک”، استادیار فیزیک در این مطالعه کار کرد. یک دانشجوی کارشناسی ارشد نیز در این مطالعه همکاری داشت.

آنها کار خود را بر پایه تلاش‌های”دیوید مرمین”، فیزیکدان دانشگاه “کورنل” در سال ۱۹۶۶ و دانشجویش “هربرت واگنر” آغاز کردند.

واگنر و مریمین این گونه فرض کردند که آهن‌رباهای دو بعدی اگر چرخش الکترون‌های آنها بتوانند در هر جهتی حرکت کنند، نمی‌توانند وجود داشته باشند. با این حال، تا سال ۲۰۱۷ طول کشید تا ثابت شود که برخی از مواد دو بعدی هماهنگی مناسبی از چرخش الکترون‌ها دارند که این موضوع منجر به پدید آمدن یک خانواده جدید از آهن‌رباها موسوم به آهن‌رباهای واندروالسی دو بعدی شد.

“شان” و “مک” هر دو در مواد به ضخامت یک اتم تخصص دارند. آنها تصمیم گرفتند به دنبال تحقیق در مورد این آهن‌رباهای جدید بروند و کمکی که ویژگی‌های منحصر به فرد آنها می‌تواند به تکنولوژی ارائه دهد را کشف کنند.

“مک” گفت: اگر این مواد حجیم باشند، شما نمی‌توانید به راحتی به اتم‌های داخل آن دسترسی داشته باشید. اما اگر آهن‌ربا فقط یک لایه داشته باشد، شما می‌توانید کارهای زیادی با آن انجام دهید. شما می‌توانید میدان الکتریکی را به آن اعمال کنید، الکترون‌های بیشتری را به آن اضافه کنید و این می‌تواند خواص مواد را تنظیم کند.

محققان از کرومیوم تریوداید(chromium triiodide) استفاده کردند تا ببینند چقدر می‌توانند خواص مواد را تحت تاثیر قرار دهند.

اعمال مقدار کمی از ولتاژ برای تشکیل یک میدان الکتریکی و کنترل مغناطیس مورد استفاده قرار می‌گیرد. این کار به آنها اجازه داد تا مغناطیس را روشن و خاموش کنند.

آنها دو لایه اتمی از کرومیوم تریوداید را با دی‌الکتریک و الکترودهای نازک به هم متصل کردند. براساس این مطالعه، این دستگاه یک میدان اثر است که می‌تواند جهت چرخش الکترونی را در لایه‌های کرومیوم تریوداید با استفاده از ولتاژهای کوچک تغییر دهد.

محققان یادآور شدند که این فرآیند در دمای کمتر از منفی ۲۱۶ درجه سانتی‌گراد، هم قابل برگشت و هم تکرارپذیر است.

“شان” گفت: این کشف می‌تواند کاربردهای گسترده‌ای در زمینه فناوری‌های موجود و بر اساس سوئیچ مغناطیسی داشته باشد. در حال حاضر، آهنرباهای موجود در صنایع الکترونیک مدرن به یک میدان الکتریکی واکنش نشان نمی‌دهند، بلکه با عبور جریان از طریق یک سیم پیچ عمل می‌کنند، ضمن این که جریان وارده هم گرما تولید می‌کند و هم مصرف برق می‌کند.

وی افزود: در حالی که کشف ما باعث ایجاد میدان مغناطیسی می‌شود که می‌تواند یک آهن‌ربا را به حالت خاموش و روشن درآورد و از سوی دیگر، می‌توان میدان الکتریکی را برای فعال کردن سوئیچینگ آهن‌رباهای دو بعدی کرومیوم تریوداید به طور مستقیم با انرژی بسیار کمی که مصرف می‌شود، اعمال کرد.

وی ادامه داد: این روند بسیار موثر است، زیرا اگر شما یک ضخامت نانومتری داشته باشید و تنها یک ولت را اعمال کنید، میدان یک ولت در هر نانومتر خواهد بود که کار بزرگی است.

این تیم آزمایشات در زمینه قابلیت‌های آهنرباهای دو بعدی را ادامه خواهد داد. آنها همچنین می‌خواهند از تحقیقات خود برای ایجاد ارتباط با سایر بخش‌های مهندسی در دانشگاه خود و دیگر دانشگاه‌ها استفاده کنند.

آنها امیدوارند که مشارکت‌شان با دانشمندان و مهندسین دیگر بتواند به آنها کمک کند تا مواد جدید دو بعدی را تولید کنند که به جای دمای زیر صفر، بتوانند در دمای اتاق کار کنند.

“مک” گفت: چیزی که ما در اینجا نشان دادیم بیشتر شبیه یک دستگاه مفهومی است. هنگامی که ما مواد مناسب را پیدا کنیم که بتوانند در دمای بالاتر کار کنند، می‌توانیم بلافاصله آن را در این مواد اعمال کنیم، اما هنوز چنین چیزی وجود ندارد.

 منبع: ایسنا