ساخت کامپیوترهای نسل آینده با یخ مغناطیسی

به گزارش کلیک، تیمی از دانشمندان دپارتمان انرژی امریکا (DOE)، آزمایشگاه ملی آرگون به سرپرستی ژیلی شیائو فیزیکدان دانشگاه ایلینویز شمالی و دانشمند مواد آرگون، بر عهده دارد، ماده جدیدی ساخته اند که "یخ مغناطیسی قابل بازنویسی" نام دارد.
گزارش تحقیقات دانشمندان بر روی توسعه یخ مغناطیسی، در ۲۰ می ۲۰۱۶ در مجله Science منتشر شد. شیائو گفت : با کاربردهای بالقوه موجود مانند ذخیره سازی داده ها ، حافظه و دستگاه های منطقی، این یخ مغناطیسی میتواند باعث ساختن کامپیوترهای قدرتمندتر و کوچکتری شود و حتی نقش مهمی را در محاسبات کوانتومی نیز ایفا کند.
دستگاه های ثبت و ذخیره سازی مغناطیسی موجود، مانند هارد دیسک کامپیوترها، نانومغناطیس هایی با دوقطب را شامل می شود که هریک از آنها برای نشان دادن ارقام دودویی یا بیت های استفاده شده در کامپیوترها( ۰ یا ۱ ) به کار می رود. یک سیستم یخ مغناطیسی، می تواند هشت پیکربندی محتمل داشته باشد ( به جای دو تا) که منجر به قابلیت های ذخیره سازی متراکم تر یا کاربردهای بیشتری می شود که در فناوری های حال حاضر در دسترس نیست.

شیائو اظهار داشت کار ما اولین موفقیت در بدست آوردن یک یخ مغناطیسی مصنوعی است که با انرژی قابل کنترل می شود و یک کار مشترک بین آرگون و NIU می باشد. تشخیص ما درباره یخ مغناطیسی قابل تنظیم، به ترکیب موادی تخیلی شبیه است و الگوهای متعددی را برای پیشرفت دانش ما درباره یخ های اسپین مصنوعی فراهم میکند تا به این طریق پدیده های فیزیکی جدیدی را کشف کنیم و به کارکردهای دلخواه خود در مورد کاربردهای آن دست پیدا کنیم.
در طی دهه گذشته، دانشمندان به شدت به دنبال ایجاد، بررسی و تلاش برای دستکاری در ویژگی های غیر معمول "یخ های اسپین مصنوعی" بوده اند زیرا اسپین ها دارای ساختار شبکه ای هستند و از نظم موقعیت پروتون که در یخ قابل مشاهده است پیروی میکنند.
دانشمندان تصور میکنند که یخ های اسپین مصنوعی، زمینه هایی علمی هستند که در آنجا میتوان رازهای مغناطیس را کشف کرد و آنها را مورد بررسی قرار داد. با این حال، در گذشته، محققان از تلاش برای دست یابی به کنترل کلی و محلی بارهای مغناطیسی یخ اسپین ناامید شده بودند.
برای غلبه بر این چالش، شیائو و همکارانش، ساختار شبکه ای اسپین های مغناطیسی و بارهای مغناطیسی را تفکیک کردند. دانشمندان از یک مغناطیس بردار دو محوری استفاده کردند تا بار مغناطیسی را به راحتی و با دقت با هریک از هشت پیکربندی بار محتمل، تنظیم کنند. سپس آنها از یک میکروسکوپ نیروی مغناطیسی استفاده کردند تا قابلیت چندگانه نوشتن - خواندن - پاک کردن مواد را در دمای اتاق نشان دهند.
به طور مثال، با استفاده از یک روش الگودهی توسعه یافته ی مخصوص، آنها کلمه " ICE " را روی یک ماده در یک فضای فیزیکی ۱۰ برابر کوچکتر از قطر تار موی یک انسان، می نویسند.
یخ مغناطیسی، دو بعدی است به این معنی که از لایه های بسیار نازک اتم تشکیل می شود و می تواند به مواد نازک دیگر مانند گرافن اعمال شود. شیائو گفت که این ماده نیز سازگار با محیط زیست می باشد و تهیه آن نیز نسبتا ارزان است.
یونگ لی ونگ، همکار پژوهشی سابق شیائو، نویسنده اول و نویسنده همکار در مجله Science می باشد. او ساختار یخ مغناطیسی مصنوعی جدیدی را طراحی کرد و ابزار دقیقی را برای این پژوهش تهیه کرد.
" هرچند اسپین و بارهای مغناطیسی همواره با هم تناسب دارند میتوان آنها را به روش های مختلفی مرتب کرد که در حال حاضر به وسیله آرگون و نتردام به طور مشترک انجام می شود. به این ترتیب ,روش جدید برای تفکر در حل مسائل در اختیار ما قرا می گیرد. و ما نیز به جای متمرکز شدن بر اسپین ها , بارهای مغناطیسی را دنبال میکنیم که امکان کنترل بیشتری را برای ما فراهم میکنند.
شیائو افزود : هنوز موانعی وجود دارند که باید قبل از اینکه یخ مغناطیسی را بتوان در دستگاه های فناورانه، به کار گرفت، برطرف شوند. به طور مثال، مغناطیس بردار دو محوری برای تحقق همه پیکربندی ها و آرایش های حالت های انرژی لازم است و گنجاندن چنین آهنربایی در فناوری سیلیکون تجاری، کار چالش برانگیزی است.
شیائو معتقد است:از تک قطبی های مغناطیسی در یخ علاوه بر استفاده در محاسبات سنتی، در محاسبات کوانتومی نیز می توان استفاده کرد. دیگر کاربردهای بالقوه یخ مغناطیسی می تواند افزایش قابلیت حمل جریان ابررساناها را در بر گیرد.
منبع: sciencedaily