المغناطيسية البديلة: اكتشاف علمي حديث يعد بعصر جديد لتخزين البيانات والإلكترونيات

في تطور علمي مثير، أكد فريق من الفيزيائيين في جامعة نوتنغهام، بالتعاون مع مختبر MAX IV في السويد، وجود نوع جديد من المغناطيسية يُعرف باسم "المغناطيسية البديلة" (Altermagnetism)، وذلك من خلال تجربة رائدة تُظهر إمكانية التحكم في هذه الظاهرة، مما يمهد الطريق لتطبيقات واسعة في مجالات تخزين المعلومات وكفاءة استهلاك الطاقة.

في التجربة، استخدم العلماء جهازًا مسرّعًا للإلكترونات يولد أشعة سينية ذات استقطاب متغير، والتي تم تسليطها على طبقة فائقة الرقة من مادة تيلورايد المنغنيز. أظهرت النتائج أن هذه المادة تتفاعل مع الأشعة السينية بشكل يكشف عن نشاط مغناطيسي غير مسبوق، يختلف عن الأنماط المعروفة للمغناطيسية التقليدية.

تُعرّف المغناطيسية عادةً من خلال ترتيب الإلكترونات غير المزدوجة وفقًا لخاصية تُعرف باسم "اللف المغزلي" (Spin)، حيث تأخذ هذه الإلكترونات اتجاهًا معينًا، إما للأعلى أو للأسفل. في المواد غير المغناطيسية، تكون هذه الاتجاهات متقابلة، مما يؤدي إلى إلغاء تأثيرها المغناطيسي. أما في المواد الحديدية مثل الحديد والنيكل والكوبالت، فتتراصف هذه الإلكترونات بطريقة تخلق مجالًا مغناطيسيًا قويًا يمكن استخدامه في العديد من التطبيقات اليومية، مثل تثبيت الصور على الثلاجة أو جذب مشابك الورق.

إلى جانب المغناطيسية التقليدية، هناك نوع آخر يُعرف بالمغناطيسية المضادة (Antiferromagnetism)، حيث تصطف الإلكترونات المغزلية في اتجاهات متعاكسة بطريقة تلغي التأثير المغناطيسي على المستوى الكلي، ما يجعل المادة تبدو غير مغناطيسية رغم وجود ترتيب داخلي منظم.

أما المغناطيسية البديلة، فهي مزيج فريد بين الاثنين، إذ يتم ترتيب الإلكترونات المغزلية بطريقة مماثلة للمغناطيسية المضادة، لكنها تكون ملتفة بشكل طفيف حول محاور محددة، مما يسمح بخلق قوى مغناطيسية محصورة على المستوى النانوي. هذه الخصائص تجعل من المغناطيسية البديلة مجالًا واعدًا لتطوير ذاكرة قائمة على اللف المغزلي (Spintronic Memory)، أو حتى تحسين فهمنا للموصلية الفائقة في درجات حرارة عالية.

قاد الفيزيائي بيتر وادلي من جامعة نوتنغهام التجربة، موضحًا أن "المغناطيسية البديلة تشبه المغناطيسية المضادة لكن مع لمسة مختلفة. هذا الاختلاف الطفيف له آثار علمية ضخمة".

استخدم الفريق طبقة من تيلورايد المنغنيز بسُمك بضعة نانومترات فقط، ثم قاموا بإحداث تشوهات دقيقة فيها، ما أدى إلى تكوين دوامات مغناطيسية دقيقة على سطح المادة. استخدم الباحثون الأشعة السينية لرسم خريطة دقيقة لهذه الدوامات، مؤكدين إمكانية التلاعب بها.

وصرّح أوليفر أمين، الفيزيائي بجامعة نوتنغهام والمؤلف الرئيسي للدراسة، قائلاً: "لقد وفّر عملنا التجريبي جسرًا بين المفاهيم النظرية والتطبيقات الواقعية، مما قد يمهّد الطريق لتطوير مواد مغناطيسية بديلة لاستخدامات عملية".

أما ألفريد دال دين، الباحث في مرحلة الدكتوراه وأحد المشاركين في التجربة، فقد عبّر عن سعادته قائلاً: "أن أكون من بين الأوائل الذين يرون هذا التأثير الجديد خلال دراستي للدكتوراه كان تجربة ممتعة ومليئة بالتحديات".

رغم أن التطبيقات العملية للمغناطيسية البديلة لا تزال في مراحلها المبكرة، إلا أن إمكانياتها تبدو واسعة، خاصة في مجالات تخزين البيانات والإلكترونيات منخفضة الطاقة، مما قد يُحدث قفزة نوعية في تقنية الذاكرة المغناطيسية وتطوير الموصلات الفائقة.

نُشرت نتائج هذه الدراسة في مجلة Nature، مما يعزز أهمية هذا الاكتشاف الذي قد يعيد تشكيل مستقبل الفيزياء التطبيقية والإلكترونيات الحديثة.