این ماده عجیب تازه کشف شده، قرار است تکنولوژی را تغییر دهد!

پژوهشگران کشف کرده‌اند که نیکل یدید دارای همبستگی مغناطیسی-الکتریکی بی‌نظیری است که آن را برای استفاده در فناوری‌های پرسرعت و کم‌مصرف مانند حافظه‌های مغناطیسی و محاسبات کوانتومی به یک کاندید بسیار مناسب تبدیل می‌کند. نیکل به دلیل لایه‌ای و مولتی فروئیک بودن ممکن است بهترین گزینه برای دستگاه‌هایی مانند حافظه‌های کامپیوتری مغناطیسی باشد که بسیار سریع و فشرده هستند.

مواد مولتی فروئیک و نیکل یدید

برای دهه‌ها، دانشمندان گروهی از مواد غیرمعمول به نام مواد مولتی فروئیک که می‌توانند برای طیف وسیعی از کاربردها از جمله حافظه‌های کامپیوتری، حسگرهای شیمیایی و کامپیوترهای کوانتومی مفید باشند را مورد مطالعه قرار داده‌اند. در مطالعه‌ای که به‌تازگی در مجله Nature منتشر شده است، پژوهشگران دانشگاه تگزاس در آستین و موسسه مکس پلانک برای ساختار و دینامیک ماده (MPSD)، نشان دادند که نیکل یدید (NiI2) ممکن است بهترین گزینه برای دستگاه‌هایی باشد که علاوه بر سرعت، باید تا حد ممکن نیز کوچک باشند.

مولتی فروئیک‌ها خاصیتی به نام همبستگی مغناطیسی-الکتریکی دارند، به این معنی که شما می‌توانید خواص مغناطیسی ماده را با یک میدان الکتریکی و خواص الکتریکی را با میدان‌های مغناطیسی دستکاری کنید. پژوهشگران دریافتند که NiI2 دارای همبستگی مغناطیسی-الکتریکی بیشتری نسبت به هر ماده شناخته‌شده دیگری از نوع خود است که آن را به یک گزینه اصلی برای پیشرفت‌های فناوری تبدیل می‌کند.

کشف تازه در همبستگی مغناطیسی-الکتریکی

فرانک گائو، همکار پسا دکترا در رشته فیزیک در UT و نویسنده همکار مقاله، گفت:

آشکارسازی این اثرات در مقیاس پوسته‌های نازک اتمی نیکل یدید یک چالش بزرگ بود، اما موفقیت ما یک پیشرفت بزرگ در زمینه مواد مولتی‌فروئیک ارائه می‌دهد.

زینگیو پنگ، دانشجوی ارشد و نویسنده دیگر همکار پروژه، افزود:

کشف ما راه را برای دستگاه‌های مغناطیسی-الکتریکی بسیار سریع و کم‌مصرف، از جمله حافظه‌های مغناطیسی، هموار می‌کند.

خواص بنیادی و روش‌های پژوهشی

میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی برای درک ما از جهان و فناوری‌های مدرن، ضروری هستند. درون یک ماده، بارهای الکتریکی و ممان‌های مغناطیسی اتمی ممکن است به گونه‌ای نظم پیدا کنند که خواص آن‌ها به هم اضافه شوند و یک قطبش الکتریکی یا مغناطیسی را تشکیل دهند. چنین موادی بسته به اینکه کدام یک از مقادیر در این حالت نظم یافته است به عنوان فروالکتریک یا فرومغناطیس شناخته می‌شوند.

با این حال، در مواد عجیب و غریبی که مولتی‌فروئیک هستند، چنین نظم‌های الکتریکی و مغناطیسی همزیستی دارند. نظم‌های مغناطیسی و الکتریکی می‌توانند به گونه‌ای در هم تنیده شوند که تغییر در یکی باعث تغییر در دیگری شود. این خاصیت که به عنوان همبستگی مغناطیسی-الکتریکی شناخته می‌شود، این مواد را به گزینه‌هایی جذاب برای دستگاه‌هایی سریع‌تر، کوچک‌تر و کارآمدتر تبدیل می‌کند. برای اینکه چنین دستگاه‌هایی به طور مؤثر کار کنند، مهم است که موادی با همبستگی مغناطیسی-الکتریکی قوی پیدا شود، همانطور که تیم پژوهشی در مطالعه خود NiI2 را به عنوان یک گزینه توصیف می‌کند.

پژوهشگران این کار را با تحریک ماده با پالس‌های لیزر فوق‌العاده کوتاه در محدوده فمتوثانیه (یک میلیونیم یک میلیاردیم ثانیه) انجام دادند و سپس تغییرات ناشی از آن در نظم‌های الکتریکی و مغناطیسی ماده و همبستگی مغناطیسی-الکتریکی را از طریق تأثیر آن‌ها بر خواص نوری خاص پیگیری کردند.

کاربردهای بالقوه و پژوهش‌های آینده

برای درک اینکه چرا همبستگی مغناطیسی-الکتریکی در NiI2 بسیار قوی‌تر از مواد مشابه است، این تیم تحقیقاتی، محاسبات گسترده‌ای را انجام داد.

امیل ویناس بوستروم از MPSD، نویسنده همکار، گفت:

دو عامل نقش مهمی در اینجا ایفا می‌کنند؛ یکی از آن‌ها همبستگی قوی بین اسپین الکترون‌ها و حرکت مداری در اتم‌های ید از طریق یک اثر نسبیتی به نام همبستگی اسپین-مدار است. عامل دوم شکل خاص نظم مغناطیسی در نیکل یدید است که به عنوان مارپیچ اسپین یا هلیکس (ذره‌ای را فرض کنید که علاوه بر چرخش در یک دایره به دور یک محور همزمان با سرعت ثابت در راستای این محور حرکت کند، شکل فنرمانند حاصل هلیکس خوانده می‌شود) اسپین شناخته می‌شود. این نظم برای شروع نظم فروالکتریک و برای قدرت همبستگی مغناطیسی-الکتریکی ضروری است.

به گفته پژوهشگران، موادی مانند NiI2 با همبستگی مغناطیسی-الکتریکی بزرگ، دارای طیف گسترده‌ای از کاربردهای بالقوه هستند. این کاربردها شامل حافظه کامپیوتری مغناطیسی فشرده و کم‌مصرف است که می‌تواند بسیار سریع‌تر از حافظه‌های موجود ذخیره و بازیابی شود و اتصالات در پلتفرم‌های محاسبات کوانتومی و حسگرهای شیمیایی است که می‌توانند کنترل کیفیت و ایمنی دارو را در صنایع شیمیایی و داروسازی تضمین کنند.

پژوهشگران امیدوارند این بینش‌های پیشگامانه می‌تواند برای شناسایی مواد دیگری با خواص مغناطیسی-الکتریکی مشابه استفاده شود و تکنیک‌های مهندسی مواد دیگر ممکن است به تقویت بیشتر همبستگی مغناطیسی-الکتریکی در NiI2 منجر شوند.

منبع: Scitechdaily