هناك سحر في اكتشاف نوع جديد من المغناطيسية

ابق على اطلاع بالتحديثات المجانية

ببساطة قم بالتسجيل في علوم myFT Digest – يتم تسليمه مباشرة إلى صندوق الوارد الخاص بك.

وكما تقول بعض الروايات، فقد تم ملاحظة الحجارة لأول مرة في حوالي 2500 قبل الميلاد من قبل راعي أغنام في مغنيسيا، في تركيا الحديثة. ولاحظ أنهم تشبثوا بالمسامير الموجودة في حذائه.

كانت الحجارة مصنوعة من خام الحديد المغناطيسي الطبيعي. ربما كانت مألوفة بالفعل لدى الصينيين، الذين استخدموا أحجار المغناطيس – وهي شكل من أشكال المغنتيت – لقراءة الثروات أولاً ثم صنع البوصلات الملاحية لاحقًا. سيستغرق الأمر حتى القرن العشرين حتى يتمكن العلماء من اكتشاف نوع ثانٍ من المغناطيسية. والمثير للدهشة أن الباحثين أعلنوا الأسبوع الماضي أنهم أكدوا اكتشاف ثالث.

يقول فيليكس فليكر، الباحث في جامعة بريستول الذي يدرس المغناطيسية ومؤلف كتاب: “إن فكرة وجود نوع ثالث من المغناطيسية ولم نلاحظه، تأسر خيال الناس حقًا”. سحر المادةالذي يقارن بين الظواهر العلمية والسحر. ويعتقد أن أشكالًا أخرى قد تكون في انتظار اكتشافها.

بالإضافة إلى إضافة الغموض إلى ظاهرة طالما فتنت البشر، فإن هذا الشكل الجديد، الذي يسمى المغناطيسية البديلة، يمكن أن يؤدي إلى حسابات أكثر كفاءة في استخدام الطاقة. ومع الاعتقاد بأن مراكز البيانات تمثل حوالي 1% من الاستهلاك العالمي للكهرباء، فإن حتى تحسين الكفاءة المتواضع يمكن أن يكون له تأثير بيئي كبير.

عندما نفكر في المغناطيسية، فإننا عادة ما نضع في اعتبارنا المغناطيسية الحديدية. هذه هي منطقة مغناطيس الثلاجة والقضبان المغناطيسية. كما تعلمنا في المدرسة، الأضداد تتجاذب والمتشابه يتنافر مثله.

تم تصميم قوى الجذب والتنافر هذه على المستوى الذري، وذلك بفضل حقيقة أن الإلكترونات الدوارة تولد مجالاتها المغناطيسية المصغرة. في المواد المغناطيسية الحديدية مثل الحديد والكوبالت والنيكل، يمكن حث دوران الإلكترونات المجاورة على الاصطفاف في نفس الاتجاه، مما يؤدي إلى ظهور تأثير مغناطيسي جماعي. تُستخدم المغناطيسات الحديدية على نطاق واسع في الهواتف والأجهزة الأخرى، لكن تنافرها يحد من مدى تقاربها معًا.

النوع الثاني من المغناطيسية، الذي تم اكتشافه في ثلاثينيات القرن العشرين، يسمى المغناطيسية المضادة. في هذه المواد، يكون للإلكترونات المجاورة دوران متناوب، وليس متوازي. لا تزال السبينات المتضادة تولد مغناطيسية داخلية، ولكنها تلغي بعضها البعض على نطاق واسع. وبناء على ذلك، فإن المغناطيسات المضادة لا تتجاذب أو تتنافر مثل المغناطيس العادي.

يبدو أن المغناطيسية البديلة تجمع بين أفضل ما في العالمين، مع علامتها التجارية الفريدة من السحر المغناطيسي الذي يعتمد على البنية الذرية للمادة. تم وضع نظرية لوجودها لأول مرة من قبل علماء في ألمانيا وتشيكيا منذ عدة سنوات. مصطلح “المغناطيسية البديلة” صاغه ليبور شميجكال من جامعة يوهانس غوتنبرغ في ماينز.

تم العثور على تلميحات تجريبية قوية لاحقًا من قبل فرق في كوريا والصين. وجاء التأكيد أخيرًا من فريق دولي، بما في ذلك Šmejkal، مع نشر النتائج الأسبوع الماضي في مجلة Nature.

درس الباحثون بلورات تيلوريد المنغنيز، وهو أحد المشتبه بهم الرئيسيين في المغناطيسية البديلة. وكما كان متوقعًا، فإن دوران الإلكترونات المتجاورة يتناوب، مما يعني، خارجيًا، أن السبينات المتضادة ستلغي بعضها البعض، تمامًا كما هو الحال في المغناطيس المضاد. لكن التعقيد الإضافي في البنية البلورية، أي اتجاه الذرات، أنتج مجالًا مغناطيسيًا داخليًا أقوى بحوالي ألف مرة من مجال مغناطيس الثلاجة.

باختصار، أكد التجريبيون أن المغناطيسات البديلة موجودة بالفعل، بمواصفات مغناطيسية تبدو مصممة خصيصًا لتخزين البيانات بشكل أفضل. يمكن أن يكون هناك ما يصل إلى 200 مركب لها خصائص مغناطيسية بديلة.

ويثير هذا الاكتشاف أيضًا إمكانية استخدام الخصائص المغناطيسية للإلكترونات، بدلًا من خصائصها الكهربائية، لإجراء الحسابات. ويسمى هذا المجال الإلكترونيات السبينية، وليس الإلكترونيات. يقول فليكر إن شركة Spintronics “تثير حماس الناس لأنها أكثر كفاءة في استخدام الطاقة بشكل كبير ولأن أجهزة الكمبيوتر أصبحت على نحو متزايد أحد الاستخدامات الرئيسية للطاقة في العالم”.

وبغض النظر عن المزايا العملية، فإن كل شيء يتعلق بالمغناطيسية، منسق على المستوى الكمي ومع ذلك مرئي بوضوح في الحياة اليومية، يوحي بالسحر وليس بالعلم. إن أحجار المغناطيس، وهي المغناطيس الدائم الوحيد في الطبيعة، وقد نسبها الإغريق للأرواح لأنها تستطيع تحريك رقائق الحديد، لها أصل رائع: هذه قطع من الهيماتيت يُعتقد أنها ممغنطة من خلال ضربات البرق، لأنها توجد فقط على سطح الأرض أو بالقرب منه.

بدون أحجار المغناطيس للحفاظ على إبر البوصلة ممغنطة، كان من الصعب على البحارة الأوائل الإبحار في البحار المجهولة. ومن دواعي السرور أن طرق الاستكشاف الجديدة تسمح الآن برسم مشهد المغناطيسية نفسه بشكل أكمل.

anjana.ahuja@ft.com