أغشية الحديد الأرق تُظهر إزالة مغنطة أقوى بفعل الليزر

الحديد فائق الرقة يستجيب بقوة أكبر للنبضات الليزرية

وجد باحثون في University of Duisburg-Essen وHelmholtz-Zentrum Berlin أن تقليل سُمك غشاء الحديد يمكن أن يعزز بشكل كبير فقدانه فائق السرعة للترتيب المغناطيسي بعد الإثارة الليزرية. وتبحث الدراسة في عملية تُسمى إزالة المغنطة فائقة السرعة، حيث تؤدي نبضة ليزر قصيرة إلى اضطراب مغناطيسية المادة خلال فترة زمنية قصيرة للغاية.

تكتسب النتيجة أهمية لأن المواد المغناطيسية تقع في صميم تخزين الأقراص الصلبة. ففي هذه الأنظمة، تُمثَّل المعلومات باتجاه مناطق مغناطيسية صغيرة. ويدرس الباحثون ما إذا كانت الأساليب المعتمدة على الضوء قد تساعد في نهاية المطاف على التحكم في الحالات المغناطيسية بسرعة أكبر، فيما تحدد الدراسة الجديدة سُمك الغشاء عاملاً رئيسياً في طريقة استجابة الحديد.

تأثير أقوى بنسبة 75% في الأغشية الأرق

قارن الفريق طبقات حديدية مختلفة السُمك مع الحفاظ على شدة الإثارة الليزرية نفسها. وعند سُمك يبلغ 2 نانومتر، أظهر الحديد إزالة مغنطة أقوى بنحو 75% من طبقة سُمكها 16 نانومتراً.

يعادل النانومتران اثنين من مليون من المليمتر، ما يجعل النتيجة قياساً لسلوك على مقياس تشكل فيه الواجهات نسبة أكبر بكثير من المادة. وأفاد الباحثون بنتائجهم في Advanced Science، مستخدمين حيود الإلكترونات فائق السرعة لدراسة الاستجابة.

ولم يُعزَ التأثير ببساطة إلى امتصاص الغشاء الأرق للضوء بطريقة مختلفة، ولا إلى اختلافات في اهتزازات الشبكة الذرية. وبدلاً من ذلك، ربط الباحثون التغير بالخصائص المغناطيسية للمادة نفسها.

لماذا تهم الواجهات

تعتمد مغناطيسية الحديد على لفّات الإلكترونات: وهي اصطفاف جماعي يمنح المادة ترتيبها المغناطيسي. وفي الغشاء الرقيق جداً، يوجد عدد أكبر من هذه اللفّات بالقرب من الواجهات بدلاً من وجودها في عمق المادة.

عند الواجهة، تكون للّفة جارات أقل يمكنها التفاعل معها مغناطيسياً. وتجعل هذه البيئة المحلية المحدودة الترتيب الجماعي أسهل تعرضاً للاضطراب بواسطة نبضة ليزر. ومع ارتفاع نسبة اللفّات المرتبطة بالواجهات في الأغشية الأرق، تصبح الاستجابة المغناطيسية الكلية أكثر عرضة للاضطراب.

كان الباحثون قد اشتبهوا سابقاً في أن سُمك الغشاء قد يؤثر في إزالة المغنطة فائقة السرعة. ويؤكد العمل الجديد كلاً من حجم الفرق المرصود والتفسير الكامن وراءه: فالاستجابة الأقوى ترتبط بتغير البيئة المغناطيسية للّفات في الطبقات فائقة الرقة.

ما الذي تثبته النتيجة وما الذي لا تثبته

لا تصف الدراسة جهاز تخزين تجارياً جديداً، ولا تُظهر أن الأغشية الأرق وحدها ستنتج تقنية ذاكرة فائقة السرعة مكتملة. بل تقدم نتيجة على مستوى المواد حول كيفية استجابة طبقات الحديد تحت الإثارة الضوئية المختبرة.

ويمثل هذا التمييز أهمية. فالانتقال من تجربة محكومة إلى تخزين مغناطيسي عملي سيتطلب مزيداً من العمل على هياكل الأجهزة، وآليات الكتابة والقراءة، والاستقرار، واستهلاك الطاقة، والتكامل مع التقنيات الحالية. لكن النتيجة تمنح الباحثين متغيراً أوضح يأخذونه في الاعتبار عند تصميم هياكل مغناطيسية للتحكم الضوئي السريع.

وبالنسبة إلى الفريق، فإن الدرس الأساسي واضح: يمكن لتقليص طبقة الحديد أن يجعل إزالة المغنطة بفعل الليزر أكثر فعالية بشكل كبير من دون زيادة شدة الإثارة الليزرية المحددة. وقد تكون هذه العلاقة مفيدة حيثما يرغب المهندسون في ضبط الاستجابات المغناطيسية عبر بنية نانوية، بدلاً من الاعتماد فقط على نبضات ضوئية أقوى.

مسار نحو تحكم مغناطيسي أسرع

تعتمد البنية التحتية الحديثة للبيانات على كميات هائلة من المعلومات المخزنة، ولا يزال التخزين المغناطيسي مهماً في مراكز البيانات الكبيرة. ويحفز البحث في المغناطيسية فائقة السرعة احتمال تغيير الترتيب المغناطيسي على مقاييس زمنية تتجاوز تلك المرتبطة بالأساليب التقليدية.

وتقدم النتائج أساساً فيزيائياً لأهمية الهندسة النانوية في هذا المسعى. فمن خلال تغيير السُمك، يغير الباحثون أيضاً التوازن بين اللفّات الداخلية ولفّات الواجهات. وفي هذه التجربة، جعل ذلك التحول الحديد أكثر عرضة لفقدان الترتيب المغناطيسي الناجم عن نبضة ليزر.

وستكون هناك حاجة إلى دراسات مستقبلية لتحديد مدى انطباق التأثير على المواد والواجهات والهياكل ذات الصلة بالأجهزة. ومع ذلك، تقدم الملاحظة في أغشية الحديد معياراً ملموساً: عند أصغر سُمك جرى اختباره، كانت استجابة إزالة المغنطة أقوى بنحو ثلاثة أرباع من طبقة المقارنة الأكثر سُمكاً تحت ظروف الإثارة نفسها.

تستند هذه المقالة إلى تقرير نشره Phys.org. اقرأ المقالة الأصلية.