فکر کن دنیای آینده رو، که قراره حجم داده‌های دیجیتال (همین اطلاعاتی که تو کامپیوترها و موبایل‌ها هست) یکی از بزرگ‌ترین مصرف‌کننده‌های انرژی دنیا بشه؛ به‌طوری که تا چند دهه دیگه، تقریباً ۳۰ درصد کل مصرف برق دنیا صرف حافظه‌های دیجیتال بشه! ولی محققای دانشگاه چالمرز سوئد اومدن یه کار خفن کردن که می‌تونه این معضل رو حل کنه.
داستان از این قراره: یه تیم پژوهشی تو چالمرز موفق شدن یه جنسی درست کنن که به اندازه یه اتم نازکه (واقعاً نازک‌تر از مو!). این جنسه دو تا خاصیت مغناطیسی کاملاً مخالف رو با هم داره و همین باعث می‌شه که توی حافظه‌ها، مصرف انرژی رو تا ده برابر کمتر کنه.
حالا شاید بگی خب حافظه دیگه چیه؟ منظور همون چیزی که تو گوشی، کامپیوتر، ماشین‌های خودران، وسایل خونه و حتی دستگاه‌های پزشکی هست و اطلاعات رو نگه می‌داره.
اینجا مغناطیس وارد می‌شه! مغناطیس (یا همون نیروی آهن‌ربایی) تو دنیای حافظه خیلی تاثیر داره، چون اگه بتونی رفتار الکترون‌ها (همون ذرات ریز تو اتم‌ها) رو با میدان مغناطیسی و جریان برق کنترل کنی، می‌تونی چیپ‌هایی بسازی که سریع‌تر، کوچیک‌تر و کم‌مصرف‌تر باشن.
ولی مشکل اینجاست که هر چقدر داده‌ها بیشتر می‌شن، حافظه‌های سنتی دیگه جوابگو نیستن و حتی ممکنه محدودیت مصرف برق پیش بیاد.
حالا موضوع جالب این تیم اینه که برای اولین بار تونستن تو یه جنس دوبُعدی (یعنی جنسی که تقریباً یه صفحه خیلی نازکه) دو نوع خاصیت مغناطیسی خیلی متفاوت رو کنار هم بذارن. این دو حالت یکی “فرو مغناطیسم” (Ferromagnetism) هست: همون حالت کلاسیک آهن‌ربا که الکترون‌ها همه یه طرف می‌چرخن و یه میدان مغناطیسی قوی درست می‌شه؛ و دومی “آنتی‌فرو مغناطیسم” (Antiferromagnetism): الکترون‌ها دو تا گروه می‌شن که خلاف هم می‌چرخن و نیروی هم رو خنثی می‌کنن.
توضیح دوستانه: فرو مغناطیس یعنی مثل آهن‌رباهای معمولی، همه یه طرفی باشن و مغناطیس به چشم بیاد. آنتی‌فرو مغناطیس برعکسشه، وقتی یکی به راست می‌چرخه، اون یکی حتما به چپ می‌چرخه تا بی‌اثر شه.
راز کار اینه که قبل از این، اگه می‌خواستی هر دو مدل خاصیت رو داشته باشی باید دو تا جنس مختلف رو رو هم تلنبار می‌کردی که تازه کلی مشکل فنی (مثل جدا نشدن لایه‌ها یا ضعیف شدن عملکرد) درست می‌شد. ولی جنس جدید چالمرز برای اولین بار هر دو حالت رو تو خودش یه‌جا داره و همین باعث می‌شه خیلی راحت بشه ازش استفاده کرد.
دکتر بینگ ژائو (پژوهشگر کوانتوم و سرپرست مقاله) گفته: “اینکه بتونی هر دو نظم مغناطیسی رو تو یه جنس نازک این مدلی پیدا کنی، واقعاً بُرد بزرگیه. این جنس می‌تونه تحول بزرگی تو چیپ‌های حافظه برای هوش مصنوعی (AI یعنی سیستم‌هایی که مثل انسان فکر می‌کنن)، موبایل، کامپیوتر و تکنولوژی‌های آینده راه بندازه.”
یه نکته فوق‌العاده اینه که تو حافظه‌های فعلی برای تغییر اطلاعات (یعنی تغییر جهت الکترون‌ها) باید میدان مغناطیسی خارجی استفاده شه. اما این جنس جدید خودش یه حالت داخلی داره که اسمش رو گذاشتن “مغناطیس کج شده” (یعنی مغناطیس الکترون‌ها به طور طبیعی یه‌جور زاویه داره).
این کار باعث می‌شه الکترون‌ها خیلی سریع و آسون جهتشونو عوض کنن، اونم بدون اینکه نیاز به میدان مغناطیسی پرقدرت و مصرف برق بالا باشه. همین باعث صرفه‌جویی برق تا ۱۰ برابر می‌شه!
ترکیب این ماده خیلی عجیب‌غریبه: آلیاژی از کبالت، آهن، ژرمانیم و تلوریوم. تازه لایه‌های این جنس رو با نیروهای واندروالس (van der Waals یعنی نیروهای خیلی ضعیفی که بین مولکول‌ها هست و باعث چسبندگی می‌شن، بدون نیاز به پیوند شیمیایی) روی هم می‌ذارن، که این کار پایداری مواد رو زیاد می‌کنه.
تا حالا هر وقت چندین لایه مغناطیسی رو با هم ادغام می‌کردن، نقاط اتصالشون مشکل‌ساز بود و کار تولید رو سخت می‌کرد. ولی این جنس جدید، چون خودش چند نوع خاصیت مغناطیسی داره، دیگه مشکلات اتصال و لایه‌گذاری حل می‌شه و ساختش خیلی راحت‌تره.
در کل، این کشف چالمرز نه تنها مشکل مصرف زیاد انرژی رو تو حافظه‌ها حل می‌کنه، بلکه راه رو برای کلی تکنولوژی جدید باز می‌کنه! این مطالعه تو مجله معتبر Advanced Materials چاپ شده و احتمالاً تو سالای آینده کلی ازش خواهیم شنید.
منبع: +
