خذ "فيلم" من الإلكترونات

أجرت شركة IBM أول قياس في تاريخ السلوك المغناطيسي على مستوى الجزيئات الذرية الفردية

وفي نهاية الأسبوع، كشفت شركة IBM عن طفرة في مجال تكنولوجيا النانو، على شكل "تقنية مضخة تحليل البيانات"، والتي تسمح لمجهر المسح النفقي (MMS) بمساعدة العلماء على "رؤية" الجسيمات دون الذرية التي تدور حول الذرة. النواة، وفهم سلوكها المغناطيسي على مستوى الذرة الفردية.

وقد تؤثر التقنية الجديدة، التي تم تطويرها في مختبرات IBM في ألاميدا بالولايات المتحدة الأمريكية، على البحث والتطوير في مجال ذاكرة الكمبيوتر والخلايا الشمسية والحوسبة الكمومية. خصصت مجلة العلوم والتكنولوجيا Science قصة الغلاف في عددها الجديد لتطوير شركة IBM.

تسمح تقنية IBM للمجهر بمتابعة التغيرات في المجال المغناطيسي للذرات الفردية، كل واحدة على حدة، بطريقة مشابهة لكيفية قيام كاميرا فيديو عالية السرعة بإظهار حركة جناحي الطائر الطنان الذي يحوم أمام طائر واحد. نقطة. وتقيس الطريقة الجديدة العمليات في الذرات المغناطيسية بسرعة أعلى 100,000 ألف مرة مما كان ممكنا حتى الآن.

إن استثمار IBM المستمر في العلوم الأساسية سمح للعلماء بقياس طول الفترة الزمنية التي يمكن فيها تخزين المعلومات على ذرة واحدة لأول مرة. والآن، يبدأ الباحثون عملية دراسة ومحاكاة الظواهر المغناطيسية على المستوى الذري - وهو ما قد يؤدي إلى عصر جديد من الحوسبة الكمومية، حيث تتم عمليات التخزين والمعالجة عن طريق نقل الجسيمات دون الذرية إلى مدار أقرب إلى أو بعيدًا عن النواة الذرية، بالإضافة إلى تكنولوجيا التخزين على مستوى النانو.

مثلما تقوم الأفلام بتحويل الصورة وتسجيلها باستخدام التصوير الفوتوغرافي عالي السرعة، يستخدم الباحثون في مختبرات IBM في إلمدن، نيويورك، مجهر المسح النفقي لتسجيل سلوك الذرات الفردية. ويتيح المجهر النفقي، الذي طورته شركة IBM منذ أكثر من عشرين عاما وحصل عدد من موظفي الشركة على جوائز نوبل في الفيزياء، فهما عميقا لطبيعة المواد والعمليات الفيزيائية والكيميائية.

إن إمكانية قياس الظواهر على مستوى النانو ثانية تفتح أمام الباحثين عالما جديدا، حيث يمكن إضافة البعد الزمني إلى التجارب التي تدرس التغيرات السريعة للغاية. ومن أجل الحصول على المنظور الصحيح، يجب على المرء أن يفهم أن النسبة بين نانو ثانية واحدة وثانية كاملة تساوي النسبة بين ثانية واحدة و30 عامًا. وفي غضون نانو ثانية واحدة، تحدث كميات هائلة من العمليات الفيزيائية، والتي لا يمكن دراستها حتى الآن.

الطاقة الشمسية والحوسبة الكمومية وتخزين البيانات

ويتوقع العلماء أن التطور الجديد لشركة IBM سيمكن من بناء خلايا كهروضوئية (خلايا شمسية) أكثر كفاءة من تلك التي نعرفها اليوم، وذلك بفضل التوسع في فهم كيفية تحويل طاقة الشمس إلى كهرباء. وفي الوقت نفسه، يعد التطوير خطوة مهمة على طريق بناء أجهزة الكمبيوتر الكمومية. تختلف الحوسبة الكمومية تمامًا عن أجهزة الكمبيوتر التي نعرفها اليوم: فهي لا تقتصر على الطبيعة الثنائية لأجهزة الكمبيوتر معاصر، وقادر على إجراء عمليات حسابية غير ممكنة في ظل قيود التكنولوجيا الحالية. في مجال تخزين البيانات، سيكون من الممكن فهم مقدار المعلومات التي يمكن تخزينها على ذرة واحدة مع ضمان موثوقية هذا التخزين.

نظرًا لأن التغيرات في الدوران المغناطيسي داخل الذرة سريعة جدًا بحيث لا يمكن قياسها مباشرة باستخدام التقنيات السابقة في مجال حوسبة مسح النفق، فقد طور باحثو شركة IBM طريقة لتسجيل سلوك الجسيمات المغناطيسية بطريقة مشابهة لتلك التي يتم إنشاؤها الصورة المتحركة.

تستخدم "مضخة تحليل البيانات" الخاصة بشركة IBM نبضًا كهربائيًا سريعًا (نبضًا) يتم إرساله إلى الذرة ويبدأ تغييرًا في طابعها المغناطيسي، بينما يقيس النبض الكهربائي ذو الكثافة المنخفضة الاتجاه المغناطيسي للذرة عند نقطة زمنية معروفة بعد البدء . يحدد الفارق الزمني بين بدء التغيير والقياس إطار القياس. يتم تحليل نبضات القياس واحدة تلو الأخرى، على فترات زمنية صغيرة، لعرض الحركة المغناطيسية.

وفي تجربة أوردها باحثون من شركة IBM في مقال نشر في مجلة Science، تم وضع ذرات الحديد فوق طبقة عازلة، وهي طبقة حديدية سمكها ذرة واحدة فقط، مدعومة ببلورة نحاسية. يتيح هذا الهيكل دراسة واختبار خصائص الذرات، مع الحفاظ على خصائصها المغناطيسية. وتم وضع ذرات الحديد بدقة ذرية بجانب ذرات النحاس غير المغناطيسية، بشكل يسمح بالتحكم في التفاعل بين ذرة الحديد والذرات القريبة منها.

تم قياس البنية الناتجة تحت مجالات مغناطيسية مختلفة، بطريقة مكنت من اكتشاف أن سرعة التغير في الاتجاه المغناطيسي لذرات الحديد تعتمد على المجال المغناطيسي: تميل الذرات إلى "الراحة" والعودة إلى مغناطيسيتها الأصلية صفيف حتى دون الخضوع لعملية مغنطة عكسية. إن فهم هذه العمليات قد يسمح للعلماء والمهندسين بالتخطيط المسبق لدورة حياة الذرة الفردية في التحولات بين الحالات المغناطيسية المختلفة، لتمديد مدة التأخير في حالة معينة لتمكين تخزين المعلومات، أو لتقصيرها والانتقال إلى حالة أخرى. الحالة المغناطيسية.

فيديو يظهر مطوري التقنية وهم يشرحون قليلاً عما فعلوه ومحتارين بين 3 و30:

http://www.youtube.com/watch?v=qjCOCbi6X5s

لمزيد من المعلومات حول IBM وتقنية النانو