يمكن لـ “القنافذ” المغناطيسية تخزين البيانات الضخمة في مساحة صغيرة – ترجمة* محمد جواد آل السيد ناصر الخضراوي

Magnetic ‘hedgehogs’ could store big data in a small space
 (Laura Arenschield – بقلم: لورا أرينستشيلد)

ملخص المقالة:

أجرى باحثو جامعة ولاية اوهايو دراسة جديدة أشارت إلى أن أنماطًا مغناطيسيةً على النطاق الذري مماثلة لأشواك القنفذ يمكن أن تؤدي إلى أقراص صلبة ذات سعات أكبر بكثير من أجهزة اليوم. ويمكن أن تساعد هذه النتيجة مراكز البيانات على مواكبة الطلب المتزايد بشكل كبير على تخزين الفيديو وبيانات السحابة.

( المقالة )

تشير دراسة جديدة إلى أن أنماط مغناطيسية على النطاق الذري مماثلة لأشواك القنفذ يمكن أن تؤدي إلى أقراص صلبة ذات سعات أكبر بكثير من أجهزة اليوم. ويمكن أن تساعد هذه النتيجة مراكز البيانات على مواكبة الطلب المتزايد بشكل كبير على تخزين الفيديو وبيانات السحابة.

وفي دراسة نشرت اليوم (17 ديسمبر 2021) في مجلة “العلوم” (Science)، استخدم الباحثون في جامعة ولاية أوهايو مجهرًا مغناطيسيًا لتصور الأنماط، التي تشكلت في أغشية رقيقة من مادة مغناطيسية غير عادية، هي جيرمانيد المنغنيز [١]. وعلى عكس المغناطيسات المألوفة مثل الحديد، تتبع المغناطيسية في هذه المادة الحلزونات، على غرار بنية الحمض النووي. ويؤدي هذا إلى حديقة حيوان جديدة من الأنماط المغناطيسية بأسماء مثل القنافذ والقنافذ المضادة والسكايرميونات (skyrmion) [٢] والميرونات (merons) [٣] التي يمكن أن تكون أصغر بكثير من البتات المغناطيسية (magnetic bits) اليوم.

وقال البروفيسور جاي غوبتا، كبير مؤلفي الدراسة وأستاذ الفيزياء في ولاية أوهايو: “يمكن استخدام هذه الأنماط المغناطيسية الجديدة لتخزين بيانات الجيل التالي”. وتابع: “تقترب كثافة التخزين في الأقراص الصلبة من حدودها القصوى، وتتعلق بمدى صغر حجم البتات المغناطيسية (magnetic bits) التي تسمح بهذا التخزين. وهذا يحفزنا على البحث عن مواد جديدة، حيث قد نتمكن من جعل البتات المغناطيسية أصغر بكثير”.

ولتصور الأنماط المغناطيسية، استخدم البروفيسور غوبتا وفريقه مجهر نفق المسح الضوئي في مختبره، المعدل بتلميحات خاصة. ويوفر هذا المجهر صورا للأنماط المغناطيسية بدقة ذرية. وكشفت صورهم أنه في أجزاء معينة من العينة، تم تحريف المغناطيسية على السطح إلى نمط يشبه اشواك القنفذ. ومع ذلك، في هذه الحالة، يبلغ عرض “جسم” القنفذ 10 نانومترات فقط، وهو أصغر بكثير من البتات المغناطيسية اليوم (حوالي 50 نانومترا)، ويكاد يكون من المستحيل تصوره. وبالمقارنة، يبلغ سمك شعرة الإنسان الواحدة حوالي 80000 نانومتر.

وقد وجد فريق البحث أيضا أنه يمكن تحويل أنماط القنفذ على السطح باستخدام التيارات الكهربائية، أو قلبها بالمجالات المغناطيسية. وهذا ينبئ بقراءة وكتابة البيانات المغناطيسية، مما قد يستخدم طاقة أقل بكثير مما هو ممكن حاليا.

وقال البروفيسور غوبتا: “هناك إمكانات هائلة لهذه الأنماط المغناطيسية للسماح بتخزين البيانات بأن يكون أكثر كفاءة في استخدام الطاقة”، على الرغم من أنه يحذر من أن هناك المزيد من الأبحاث التي يجب القيام بها قبل استخدام المادة في موقع تخزين البيانات. وتابع: “لا يزال أمامنا قدر كبير من العلوم الأساسية التي يتعين علينا القيام بها لفهم هذه الأنماط المغناطيسية وتحسين كيفية التحكم فيها. لكن هذه خطوة مثيرة للغاية”.

*تمت الترجمة بتصرف

المصدر:

https://phys.org/news/2021-12-magnetic-hedgehogs-big-small-space.html

الهوامش:

[١] مركب بين الفلزات يمكن انتاج بلوراته عن طريق معالجة خليط من مساحيق المنغنيز والجرمانيوم عند ضغط 4-5 جيجا باسكال ودرجة حرارة 600-1000 درجة مئوية لمدة 1-3 ساعات.

[٢] سميت السكايرميونات (Skyrmions) على اسم الفيزيائي النووي البريطاني توني سكايرم، الذي اقترح وجودها لأول مرة في عام 1961. كانت فكرته هي نمذجة الكيانات دون الذرية مثل البروتونات والنيوترونات باستخدام التقلبات المعقدة في المجال الكمومي الذي تمتلكه جميع الجسيمات، وفقا للجمعية الفيزيائية الأمريكية. في حين أن المفهوم كان مفيدا من نواح كثيرة، مثل التنبؤ بدقة ببعض خصائص الجسيمات الأساسية مثل الكواركات [جسيمات دون الذرية] والغلوونات [جسيمات أولية تعمل كجسيمات تبادل للقوة الشديدة بين الكواركات]، إلا أنها تعاني مع جوانب أخرى من السلوك النووي. حلت محل الفكرة في نهاية المطاف نظرية تعرف باسم الديناميكا الكروموسومية الكمومية، والتي كانت أكثر نجاحا في نمذجة الجسيمات دون الذرية. لكن السكايرميونات قد تم احياؤها من قبل الباحثين الذين يعملون في المجالات المغناطيسية، والتي يمكن أيضا انتزاعها بتشكيل دوامات تشبه الدوامة. المصدر: https://www.space.com/skyrmions.html

[٣] توجد الميرونات (Merons) التي تعادل طوبولوجيا نصف السكايرميون في أزواج أو مجموعات في أنظمة مغناطيسية حديدية ثنائية الأبعاد. ميرون، الذي تم وصفه في الأصل في سياق حبس الكوارك [جسيمات دون الذرية] وتم تحديده لاحقا في فيزياء المادة المكثفة، على أنه دوامة مغناطيسية ويعادل طوبولوجيا نصف سكايرميون. (لاحظ أن الفرق المهم بين الميرونات السكايرميونات هو قوام الدوران المحيطي: يتوافق قوام الميرونات في سطح المستوى بينما تشير تلك الموجودة في السماء نحو الاتجاهات خارج سطح المستوى). ومع ذلك، فإن الميرون الفردي غير موضعي وبالتالي لا يمكن أن يوجد إلا في الأشكال الهندسية المحصورة. في الفيلم المستمر، يجب أن توجد الميرونات في أزواج أو مجموعات. من الناحية التجريبية، لوحظت دوامات متعددة فقط كحالات عابرة أو في مجموعات مجمعة. المصدر: https://www.nature.com/articles/s41467-019-13642-z