السبت 18 يوليو 2026
التحكم في المغناطيسية بالمجال الكهربائي: ابتكار ثوري لتقنيات المستقبل
اكتشاف علمي يمهد لتقنيات ذكية وموفرة للطاقة من خلال التحكم بالمغناطيسية باستخدام المجال الكهربائي فقط
عالم المواد يتغير: تقنية مبتكرة تُمكِّن من التحكم بالمغناطيسية بدقة غير مسبوقة عبر المجال الكهربائي فقط، دون الحاجة لطاقة عالية
تكشف دراسة منشورة في Nature Communications عن استخدام المجال الكهربائي منخفض الطاقة للتحكم في البنية المغناطيسية لمادة أكسيد سيلينيد النحاس، مما يتيح إمكانية تطوير أجهزة إلكترونية موفرة للطاقة. عبر تحليل دقيق باستخدام تشتت النيوترونات، حدد الباحثون ثلاث استجابات مغناطيسية متميزة للمجال الكهربائي. هذا التقدم يضع حجر الأساس لتقنيات مستقبلية في التخزين، الحوسبة، والاستشعار، معزّزًا دور المواد الكهرو-مغناطيسية في بناء أنظمة ذكية وأكثر استدامة.
دراسة جديدة تكشف طريقة مبتكرة للتحكم في المغناطيسية باستخدام المجال الكهربائي
في تقدم علمي بارز، أعلن باحثون من معهد بول شيرر السويسري (Paul Scherrer Institute - PSI) عن نجاحهم في تطوير تقنية فريدة تعتمد على المجال الكهربائي منخفض الطاقة للتحكم في الخصائص المغناطيسية للمواد. نُشرت هذه النتائج في مجلة Nature Communications، وركّزت الدراسة على المواد الكهرو-مغناطيسية، التي باتت تعتبر ركيزة أساسية في مستقبل تقنيات تخزين البيانات، وتحويل الطاقة، وتطبيقات الذكاء الاصطناعي ذات الكفاءة العالية في استهلاك الطاقة.
المواد الكهرو-مغناطيسية ودورها في تطوير أجهزة إلكترونية موفرة للطاقة
مع التوسع الكبير في استخدام مراكز البيانات وتطبيقات الذكاء الاصطناعي، تزداد الحاجة إلى مواد تكنولوجية متقدمة تستهلك طاقة أقل. وهنا تبرز أهمية المواد الكهرو-مغناطيسية، وهي مركّبات تجمع بين الخصائص الكهربائية والمغناطيسية في نظام واحد. هذا الترابط الفريد يسمح بالتحكم في المغناطيسية باستخدام المجال الكهربائي، دون الاعتماد على الحقول المغناطيسية ذات الطاقة العالية، مما يفتح الباب أمام جيل جديد من الأجهزة الإلكترونية الصديقة للبيئة والموفرة للطاقة.
بلورة أكسيد سيلينيد النحاس كمادة مثالية للاستجابة المغناطيسية الكهربائية
ركزت الدراسة على مادة أكسيد سيلينيد النحاس (Cu₂OSeO₃)، وهي مادة كهرو-مغناطيسية تتمتع بخواص مغناطيسية متميزة عند درجات الحرارة المنخفضة. حيث تنظم الإلكترونات داخل هذه البلورة نفسها في أنماط مغناطيسية معقدة تُعرف بالتركيبات النسيجية المغناطيسية، مثل اللوالب والمخاريط. المثير في هذه التركيبات أنها تتشكل على مقياس كبير مقارنة بالبنية البلورية الدقيقة، ما يجعل من الممكن تعديلها دون التأثير على التركيب الذري الأساسي للمادة.
تحقيق تحكم مباشر في الاتجاه المغناطيسي بواسطة المجال الكهربائي
للمرة الأولى، تمكن الباحثون من استخدام المجال الكهربائي لتعديل اتجاه التركيبات المغناطيسية في بلورة أكسيد سيلينيد النحاس. وتُعرف هذه الظاهرة باسم "الانحراف الكهرو-مغناطيسي" (magnetoelectric deflection)، وهي تتيح إعادة توجيه مستمرة وسلسة لهذه التراكيب باستخدام الجهد الكهربائي فقط. على عكس الأساليب التقليدية التي تحتاج إلى مجالات مغناطيسية قوية، تتيح هذه التقنية الجديدة تحكمًا أدق وأكثر كفاءة في الخصائص المغناطيسية.
دراسة دقيقة للبنية المغناطيسية باستخدام تشتت النيوترونات بزوايا صغيرة
اعتمد الباحثون على مرفق مصدر النيوترونات السويسري (SINQ) لدراسة التغيّرات المغناطيسية الدقيقة باستخدام جهاز خط الأشعة SANS-I. هذه الأداة المتقدمة تتيح تحليلًا عالي الدقة للأنماط المغناطيسية على المستوى النانوي، وقد استخدمها الفريق لإجراء قياسات أثناء تطبيق مجالات كهربائية موجهة بدقة. جمعت التجربة بين قوة المجال الكهربائي وفحص حي للتغيرات البنيوية المغناطيسية، ما وفّر رؤى جديدة حول مرونة هذه المواد في الاستجابة.
ثلاث استجابات مغناطيسية مختلفة حسب شدة المجال الكهربائي
أظهر تحليل البيانات أن التركيبات المغناطيسية في المادة لا تستجيب بشكل موحد. فبحسب شدة المجال الكهربائي، لوحظت ثلاث حالات استجابة متميزة. عند المجالات الضعيفة، لوحظ انحراف بسيط وسلوك خطي. أما عند المجالات المتوسطة، ظهرت تفاعلات غير خطية ومعقدة. وعند المجالات القوية، تم تسجيل انحرافات حادة وصلت إلى 90 درجة في اتجاه انتشار البنية المغناطيسية، مما يعكس قدرة المادة على التكيف مع نطاق واسع من ظروف التشغيل الكهربائية.
موضوعات مرشحة
إمكانيات تطبيقية في تقنيات الذاكرة والاستشعار الكهرو-مغناطيسي
يؤمن الفريق البحثي بأن هذه النتائج تمهد الطريق لتطوير أجهزة جديدة تعتمد على التحكم في المغناطيسية عبر المجال الكهربائي، من بينها وحدات تخزين بيانات منخفضة الطاقة، وأجهزة استشعار مغناطيسية دقيقة. ويرى الدكتور سام مودي، الباحث الرئيسي في الدراسة، أن القدرة على التحكم في ثلاث حالات استجابة مغناطيسية مختلفة قد تفتح الباب أمام تصميم أجهزة هجينة مرنة الأداء، يمكن تعديلها كهربائيًا بسهولة.
آفاق مستقبلية نحو تكنولوجيا مغناطيسية أكثر استدامة
تؤكد هذه الدراسة أن التحكم في المغناطيسية باستخدام المجال الكهربائي يشكل خطوة استراتيجية نحو مستقبل تكنولوجي منخفض الانبعاثات واستهلاك الطاقة. ويؤكد الباحث جوناثان وايت، مدير خط الأشعة في PSI، أن هذه الاكتشافات لم تكن لتتحقق دون دقة الأجهزة المستخدمة وإبداع التصميم التجريبي. ومع استمرار البحث، يتوقع العلماء أن تسهم هذه التقنية في تطوير أنظمة تخزين ومعالجة بيانات أكثر كفاءة، وتطبيقات طبية وصناعية متقدمة تدعم التكنولوجيا المستدامة.
