نحو إلكترونيات سبينية جديدة

أدلة جديدة حول الذرات المغناطيسية الفائقة تفتح أبواباً جديدة لالكترونيات سبينية جديدة

تمكن مجموعة من الباحثين من إيجاد أدلة جديدة على وجود الذرات المغناطيسية الفائقة (مجموعات مدمجة و صغيرة من الذرات، و التي تأخذ الكتروناتها مجموعة من المدارات حول التجمع بأكمله، بدلاً من مدارات حول الذرات المنفردة).

إذا تمكن العلماء من اصطناع ذرات فائقة بخواص مغناطيسية، سيستطيعون يوماً ما استخدامها من أجل تكوين الكترونيات جديدة، تتعلق بالسبين، و التي تعرف حالياً بالالكترونيات السبينية Spintronics.

و قد تم نشر نتائج هذا البحث العلمي المشترك (شارك به باحثون من جامعة جون هوبكنز-أمريكا، جامعة كونستاتنز –ألمانيا، جامعة فيرجينيا كومنولث – أميركا) في مجلة Journal of The American Chemical Society.

من أجل إيجاد أدلة حول وجود ذرات مغناطيسية فائقة، قام الباحثون بفحص المدارات الالكترونية، الحالات السطحية، خواص السبين(عزم الدوران الذاتي)، و الخواص المغناطيسية، باستخدام المبادئ الحسابية و التجارب الطيفية.

أظهرت الدراسات السابقة أن شكل مدارات الذرات الفائقة مشابه لشكل الذرات المنفردة، إلا أن الالكترونات في الذرات الفائقة تملئ المدارات بشكل مختلف عن كيفية ملئها لمدارات الذرات المنفردة، ففي الذرات المنفردة تتم عملية امتلاء المدارات باستخدام قاعدة هاند Hund’s Rule، و وفقاً لذلك فإن كل مدار في مستوي فرعي سيكون مشغول بالكترون وحيد قبل أن يتم شغل أي مدار آخر بشكل مضاعف، و هذا الأمر سيقود إلى استقرارية الكترونية عالية.

و بكل الأحوال، فإن مدارات الذرات الفائقة تمتلئ بطريقة مختلفة تماماً، و ذلك بسبب التشوهات المكانية، و ذلك حسب النتائج التي تظهر أن الذرات الفائقة ليست مغناطيسية، و أحد الطرق المستخدمة لجعل الذرات الفائقة المغناطيسية مستقرة هو إنتاج انتقال إضافي لذرة معدنية بحيث تكون قادرة على توليد مجال مغناطيسي عبر شكل مدارها المحدد، و الذي سيؤدي لتهجين الذرة الفائقة، و يعطي استقراراً للحالة المغناطيسية.

و في الدراسة الجديدة، أظهر العلماء أن تجمعاً غير مغناطيسي يتكون من 8 ذرات من الصوديوم، يمكن جعله مغناطيسي عبر إضافة ذرة فاناديوم لملء مدارات محددة. النتيجة كانت الحصول على ذرة مغناطيسية فائقة و التي يمكن تصنيعها ضمن الحزم الجزيئية.

“في حين أن صناعة أنواع من VNa8 ضمن الحزم الجزيئية هو أمر ليس صعباً، يجب أن نتوقع أن عملية تصنيعها في المستويات المرئية ستكون تحدياً مقبلاً” كما يوضح كيت بوين Kit Bowen، المؤلف المشارك في البحث، و بروفيسور الكيمياء الفيزيائية في جامعة جون هوبكنز.

إن الذرات المغناطيسية الفائقة قد تكون بالغة الاهتمام في مجالات متخصصة، إذا كان من الممكن تدعيمها على ركائز و استخدامها من أجل تشكيل تيار كهربائي ذو استقطاب دائري Spin-Polarized Electric Current، و بهذه الحالة، فإن الذرات المغناطيسية الفائقة قد تستخدم من أجل صناعة أنماط جديدة من الالكترونيات السبينية Spintronics.

“هذه الذرات الفائقة الجديدة ستحمل طاقات عظيمة بمجال الأجهزة الالكترونية الجزيئية السبينية، و في تطبيقات أخرى. و في أبحاث أجريت مؤخراً أظهر فريقي أن جزيء يتكون من ذرتين فائقتين قد يقود لتشكيل تيارات عالية الاستقطاب الدائري، حيث أن عزم الدوران الأصغري للمدار يجب أن يضمن أن عزم دوران الالكترون نفس يجب أن يحافظ على اتجاهه لمدة طويلة، وهو أمر هام في تطبيقات الالكترونيات السبينية. و قد وجدنا أيضاً أن أجهزة مماثلة قد تقود للحصول على مقاومة مغناطيسية عالية”. كما يقول شيف خانا Shiv Khanna، بروفيسور الفيزياء بجامعة فيرجينيا كومنولث.

يمتلك الباحثون خططاً مستقبلية من أجل الاستمرار في اكتشاف الذرات المغناطيسية الفائقة و ماذا يمكن أن يتم صناعته باستخدامهم.

ترجمة : ماريو رحال
مراجعة: رضوان تشي و EK

المصدر:
http://phys.org/news/2013-03-evidence-magnetic-superatoms-doors-electronics.html–