مادة ذكية ممغنطة تعمل كمفتاح كهربائي

تمتلك جزر الفلز المغناطيسي نانومترية الحجم والمنتشرة بين فجوات الفراغ خصائص موصلية فريدة من نوعها بوجود حقل مغناطيسي، في دراسة حديثة نشرت في «EPJPlus» قام عليها أناتولي كرونوس من جامعة سامي ستيت وزملاؤه في أوكرانيا، وجدوا أن فجوات الفراغ تعيق انتظام التيار المغناطيسي المباشر بين الجزر المتجاورة – المعتمدة على المجال المغناطيسي الخارجي – سامحة بمرور نفقي للإلكترونات بين بعضها البعض.

يسمح هذا السلوك المتحكم به من الخارج بفتح الباب لتطبيقات في الإلكترونيات المرفقة بحساسات مجال مغناطيسي – المستخدمة في قراءة البيانات على القرص الصلب – بالإضافة إلى زيادة كثافة التخزين في الذاكرة التابعة لأجهزة الاستشعار البيولوجية والأنظمة الكهروميكانيكية الميكروية والإلكترونيات الدورانية.

على مقياس كمي، تعرف خصائص المواد عن طريق بنيتها الرقيقة المتكونة من طبقات مغناطيسية متناوبة وغير مغناطيسية تتصرف بطريقة تنتج ما يعرف باسم تأثير المقاومة المغناطيسية الضخمة أو ما يسمى «the Giant Magnetoresistance – GMR»، تكلل هذا الاكتشاف بجائزة نوبل في الفيزياء لألبرت فيرت وبيتر جرونبيرج عام 2007 م، وفي هذه الدراسة، درس الباحثون جزر الكوبالت المتفاوتة بين 5 نانومتر و25 نانومتر، بالإضافة إلى جزر الحديد المتفاوتة بين 10 نانومترات و30 نانومتر.

وجدوا أن القيم القصوى للموصلية الكهربائية بوجود مجال مغناطيسي خارجي يتم الحصول عليها عندما تمتلك الجزء عرضاً يتفاوت بين 3 نانومتر و5 نانومتر، بوجود حواجز من الفراغ بينها بعرض 1-3 نانومترات، بأية حال، لاحظوا أيضاً أن المرور النفقي للإلكترونات بين الجزر يعتمد على الالتفاف النسبي لاتجاه المغنطة في الأجزاء المحاذية لبعضها وعلى المجال المغناطيسي الخارجي.

حددوا أيضا القيمة القصوى للموصلية الكهربائية، وهي عندما تكون العزوم المغناطيسية في الحبيبات المجاورة موجهة باتجاه متوازي، مما يقود إلى تأثير مقاومة النفق المغناطيسي أو ما يعرف باسم « the tunnel magnetoresistance effect – TMR»، وتعتمد قيمة هذا التأثير على الخصائص الخارجية للمواد العازلة بين الجزر.

الترجمة: قصي أبوشامة
التدقيق: أسامة القزقي

المصدر