إن الجمع بين الإلكترونيات السبينية وتكنولوجيا النانو سيجعل من الممكن استبدال الإلكترونيات الحالية عند الوصول إلى الحد الأقصى للسعة المادية

وهذا ما وعد به البروفيسور ألبرت بيرث - الحائز على جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2007 لاكتشافه GMR - وهو تباين كبير في المقاومة الكهربائية من خلال تنشيط المجال المغناطيسي (Giant Magnetoresistance) والحاصل على درجة الدكتوراه الفخرية.

* نشر المقال على القناة العلمية لجامعة بار إيلان و"هآرتس"

إن الجمع بين الإلكترونيات السبينية - المجال العلمي الذي فاز مؤسسه البروفيسور ألبرت بيرت من فرنسا بجائزة نوبل في الفيزياء بالاشتراك مع زميله بيتر جرونبيرج من ألمانيا - جنبًا إلى جنب مع تكنولوجيا النانو وخاصة صفائح الجرافين وأنابيب الكربون النانوية، سوف يدفع العالم إلى الأمام ويمكّن من التحسين المستمر للإلكترونيات بالوتيرة التي يمليها قانون مور أيضًا بعد أن تصل التكنولوجيا الحالية المعتمدة على السيليكون إلى نهاية عمرها وتواجه قيودًا مادية.
وهذا ما وعد به البروفيسور بيرت في المحاضرة التي ألقاها بمناسبة حصوله على الدكتوراه الفخرية في جامعة بار إيلان، والتي أقيمت في مركز تكنولوجيا النانو يوم الثلاثاء من هذا الأسبوع.

قبل خمس سنوات، فاز البروفيسور ألبرت فيرت (فيرت) بجائزة نوبل في الفيزياء لاكتشافه GMR - وهو تغيير هائل في المقاومة الكهربائية من خلال تنشيط المجال المغناطيسي (المقاومة المغناطيسية العملاقة) وهذه هي زيارته الثالثة لإسرائيل. في زيارته الأولى شارك في مؤتمر على شرف البروفيسور يوسي يشورون من بار إيلان، وكان من بين منظميه البروفيسور ليئور كلاين (كلاهما من قسم الفيزياء في كلية العلوم الدقيقة في جامعة بار إيلان) و كما حصل أيضًا على جائزة وولف المرموقة، والتي يعتبرها الكثيرون بمثابة مقدمة لجائزة نوبل. وكانت زيارته الثانية لحضور مؤتمر نظمه البروفيسور ليئور كلاين معًا.

هذه المرة، في زيارته الثالثة، كان البروفيسور كلاين والبروفيسور بيني أرينبرغ، نائب الرئيس هما من قدم البروفيسور بيرت الذي حصل على الدكتوراه الفخرية من جامعة بار إيلان. يشغل البروفيسور بيرت حاليًا منصب المدير العلمي لوحدة الفيزياء المشتركة بين CNRS/Thales في أورساي، فرنسا، بالإضافة إلى عمله أستاذًا مساعدًا للفيزياء في جامعة ميشيغان.

يشرح البروفيسور بيرت في محاضرته: "يتم تعريف علم الإلكترونيات السبينية على أنه نوع جديد من الإلكترونيات التي لا تستخدم شحنة الإلكترون فحسب، بل تستخدم أيضًا مغناطيسيته - الدوران. وكان أول تأثير تم اكتشافه في هذا المجال هو GIANT MAGENTORESISTENCE والذي يستخدم اليوم لقراءة القرص الصلب لأجهزة الكمبيوتر. وبفضل أجهزة الاستشعار المغناطيسية المبنية على هذا الاكتشاف، والتي تتحسس للمجالات المغناطيسية الصغيرة، كان من الممكن زيادة سعة الأقراص ألف مرة أو أكثر، لأنها جعلت من الممكن كتابة وقراءة أجزاء ذات حجم مادي صغير، وذلك بفضل الدقة.

لكن هذه لم تكن سوى بداية الثورة. هناك العديد من التأثيرات التي يمكن استخدامها. التطبيق التالي هو الذاكرات المغناطيسية M-RAM التي ستحل محل ذاكرة الوصول العشوائي في الكمبيوتر. هذه الذكريات سريعة ويتم حفظها عند إيقاف تشغيل الكمبيوتر - أي أنها ذكريات غير متطايرة.
الذكريات السريعة المتطايرة تستهلك طاقة لذلك لن تمحى. لقد تبين أن استهلاك الطاقة في غرف الخوادم مسؤول عن 7% من إجمالي استهلاك الطاقة في الاقتصاد، وبالتالي فإن الانتقال إلى الذاكرات التي لا تستهلك الطاقة يمكن أن يقدم مساهمة كبيرة في توفير الطاقة بشكل عام في الاقتصاد. إن الانتقال إلى طريقة M-RAM جديدة تعتمد على الإلكترونيات السبينية سيجعل من الممكن إنشاء ذكريات سريعة غير متطايرة وبالتالي لا تتطلب نسخة احتياطية للقرص واتصالًا دائمًا بالكهرباء. بالفعل نرى اليوم أمثلة على استخدام مثل هذه الذكريات، على سبيل المثال في الرقائق بجانب المعالجات.

تتمثل التطبيقات الأخرى للإلكترونيات السبينية في إنشاء مصادر جديدة لمولدات التردد عالية التردد التي يمكن استخدامها في مجال الاتصالات، وفي إنشاء أنظمة هجينة تجمع بين المكونات الإلكترونية السبينية والإلكترونيات التقليدية، وفي مرحلة لاحقة حتى في إنشاء أجهزة كمبيوتر كمومية ستكون أسرع من أجهزة الكمبيوتر الحالية. ووفقا للبروفيسور بيرت، فإن هذه التبادلات التكنولوجية أمر لا مفر منه، لأن القدرة على الامتثال لقانون مور - القانون غير الرسمي الذي ينص على أن قوة المعالجات تتضاعف كل عام ونصف مقابل سعر معين - لا يمكن أن تستمر إلى الأبد.

تقترب تكنولوجيا السيليكون من نهاية رحلتها، ففي غضون عشر سنوات على الأكثر، ستواجه شركات الرقائق جدارًا منيعًا - لن تسمح قوانين الفيزياء بتخفيض المكونات الموجودة في الرقاقة إلى أبعد من ذلك. اليوم أصغر العقد في الرقائق يبلغ قطرها 28 نانومتر. إن الحلول "الهجينة" حيث تعتمد بعض المكونات على الإلكترونيات السبينية وبعضها لا يزال يعتمد على الإلكترونيات يمكن أن تساعد الصناعة على الاستمرار لبضع سنوات أخرى، لا أكثر.

ووفقا له، فإن الجيل القادم سيكون تطبيق مبادئ الإلكترونيات السبينية جنبا إلى جنب مع تطورات تكنولوجيا النانو وخاصة الجرافين وأنابيب الكربون النانوية. ولا يزال من الصعب تقييم قوة هذه الثورة لأن هذه التكنولوجيا لا تزال في مهدها. لم تقدم شركة سامسونج سوى القليل من الطعم عندما أعلنت عن شاشات تعتمد على أنابيب الكربون النانوية. أحد القيود المفروضة على استخدام الجرافين تنبع من حقيقة أنه من الصعب إنتاجه على نطاق واسع، لكنه يقدر أنه إلى أن يصبح من الضروري استبدال السيليكون، سيتم أيضًا العثور على طريقة لإنتاج صفائح الجرافين بسعر رخيص.