"قنافذ الضوء" النانومترية التي تمهد الطريق لتطبيقات جديدة في معالجة المعلومات ونقلها وتخزينها

 ومن المتوقع أن يؤدي النظام الذي تم تطويره في التخنيون إلى اكتشاف مجموعة متنوعة من الظواهر البصرية الجديدة

نجح الباحثون في التخنيون في إنتاج "قنافذ ضوئية" صغيرة تسمى سكيرميونز الضوئية، والتي تحمل إمكانية تحقيق اختراق في معالجة المعلومات ونقلها وتخزينها. البحث، الذي نُشر في مجلة Science المرموقة، ترأسه البروفيسور غاي بارتل من كلية الهندسة الكهربائية في فيتيربي والبروفيسور ناثانيال ليندنر من كلية الفيزياء في التخنيون. وشارك في الدراسة البروفيسور بيرجين جيوناي من كلية الطب بالجامعة الألبانية في تيرانا والطلاب شاي تساس ويفغيني أوستروفسكي وكوبي كوهين.

مصطلح "skyrmion" مبني على اسم الفيزيائي البريطاني الدكتور توني سكيرمي، الذي ابتكر في عام 1962 طريقة لزيادة استقرار الأنظمة الفيزيائية عالية الطاقة، باستخدام حقول صغيرة ذات تكوين مكاني "القنفذ". على مر السنين، تم تحقيق هذه الفكرة أيضًا باستخدام المواد المغناطيسية وغيرها، واليوم تعتبر Skyrmions وعدًا كبيرًا - جزئيًا في زيادة حجم تخزين ذكريات الكمبيوتر.

اليوم، يتم تخزين معظم المعلومات في العالم على محركات الأقراص الصلبة، والتي يمكن قراءتها من خلال ذراع ميكانيكية. من ناحية أخرى، تعتمد إدارة المعلومات باستخدام skyrmions على الحركة غير الميكانيكية للskyrmions باستخدام التيارات الكهربائية الضعيفة. ميزة أخرى للسكيرميون هي حجمها الصغير - فهي أصغر بـ 10,000 مرة من قطر الشعرة. ومن المتوقع أن تعمل هذه الخصائص على تحسين وتسريع وتقليل عمليات معالجة المعلومات ونقلها وتخزينها بشكل كبير.

باحثو التخنيون هم أول من وسع فكرة الدكتور سكيرام إلى مجال البصريات. لقد كانوا قادرين على إنشاء Skyrmions باستخدام المجال الكهربائي للموجات الكهرومغناطيسية التي تتحرك عبر مواد خاصة. على عكس موجات الضوء "العادية"، التي يتجه مجالها الكهربائي عادة في اتجاه محدد (وهو مبدأ فيزيائي تقوم عليه، على سبيل المثال، النظارات الشمسية المستقطبة)، أظهر باحثو التخنيون أن المجال الكهربائي يمكن أن يتخذ شكل "skyrmion" و خاطب كل العبرانيين في نفس الوقت بحيث يكون شكلها ومساحةها يشبهان أشواك القنفذ. علاوة على ذلك، فقد أظهروا أن تلك "قنافذ النور" لا تتأثر بعيوب المادة التي خلقت فيها.

قد يكون للنجاح في إنشاء سكيرميونز في الموجات الكهرومغناطيسية أهمية حاسمة في التطبيقات العملية. اليوم، المواد التي تتشكل فيها السكيرميونات نادرة للغاية وتتطلب التبريد إلى درجات حرارة منخفضة جدًا، وعادةً ما تستخدم النيتروجين أو الهيليوم السائل. قد يؤدي الاكتشاف الجديد في المستقبل إلى خلق هذه الظاهرة الفريدة في مجموعة متنوعة من الأنظمة والمواد مثل السوائل ومصفوفات الجسيمات النانوية وغازات الذرات الباردة. قد يؤدي البحث أيضًا إلى تطبيقات جديدة للسكيرميون في معالجة المعلومات ونقلها وتخزينها بطرق بصرية وغير مغناطيسية.

تم إجراء البحث بالتعاون مع مركز سارة وموشيه زيسافيل للإلكترونيات النانوية ومعهد راسل بيري لأبحاث تكنولوجيا النانو وبدعم من مؤسسة جاكوبس ومركز التميز I-CORE ومؤسسة العلوم الإسرائيلية (ISF) ومؤسسة مجلس البحوث الأوروبي (ERC).

للمقال في العلوم: انقر هنا