عادةً ما نقيس الوقت. إنه يدق في الدوائر الهادئة لساعات الكوارتز، ويهمس في الانتقالات الذرية، وينبض في التأرجح المنتظم للبندولات. بالمقابل، يبدو أن المغناطيسية مرتبطة بالفضاء - اتجاه ثابت للدوران، حيث يلتقي الشمال بالجنوب في محاذاة صبورة. ومع ذلك، في المختبرات حيث يتم تقليص المواد إلى مقياس الذرات، بدأت هاتان الفكرتان تتداخلان بطرق غير متوقعة.
لقد أبلغ الفيزيائيون الآن عن أدلة على ما يصفونه بأنه "مغناطيسية الساعة" في بلورة رقيقة للغاية، وهو ظاهرة تدور فيها الحالات المغناطيسية عبر اتجاهات متميزة في تسلسل متكرر يشبه الساعة. بدلاً من أن تظل ثابتة، كما تفعل المغناطيسات عادةً عند التوازن، تتناوب الترتيبات المغناطيسية عبر تكوينات مستقرة متعددة على مر الزمن.
تظهر الاكتشافات من الأبحاث حول المواد ثنائية الأبعاد - بلورات لا يتجاوز سمكها بضع ذرات. في مثل هذه الهندسات المقيدة، تصبح التأثيرات الكمومية بارزة. تكون دوران الإلكترونات، التي تولد المغناطيسية، أكثر حساسية للتفاعلات الدقيقة. تحت ظروف معينة، لا تتماشى الدورانات ببساطة أو تعارض؛ بل تتبنى أنماطًا تتشكل بواسطة تماثل البلورة وتأثيرات خارجية مثل درجة الحرارة أو الضغط أو الحقول المطبقة.
في التجارب المبلغ عنها، لاحظ العلماء أن لحظات المغناطيس في البلورة الرقيقة يمكن أن تتحول بين اتجاهات منفصلة تفصلها خطوات زاوية متساوية - تمامًا مثل مواقع الأرقام على وجه الساعة. بدلاً من الدوران المستمر، ينتقل النظام في خطوات محددة، مما يخلق نمطًا زمنيًا يتكرر بشكل متوقع. تعكس هذه السلوكيات تفاعلًا دقيقًا بين تماثل الشبكة الداخلية للمادة والقوى المغناطيسية المتنافسة.
مثل هذا الترتيب الشبيه بالساعة ليس جديدًا تمامًا في الفيزياء النظرية. لقد اقترحت النماذج منذ فترة طويلة إمكانية "مراحل الساعة"، حيث تحكم التماثلات الدورانية المنفصلة المحاذاة المغناطيسية. ما يميز هذا العمل الأخير هو التحقيق التجريبي داخل بلورة رقيقة ملموسة - مما يجلب النماذج المجردة إلى واقع المختبر.
تمتد الآثار إلى ما هو أبعد من الأناقة المفاهيمية. يتم استكشاف المواد المغناطيسية ثنائية الأبعاد بالفعل للإلكترونيات والأجهزة القائمة على الدوران من الجيل التالي، حيث يتم ترميز المعلومات ليس فقط في الشحنة الكهربائية ولكن أيضًا في دوران الإلكترون. يمكن أن توفر مادة قادرة على التبديل بين حالات مغناطيسية مستقرة متعددة في تسلسل محكوم طرقًا جديدة لتصميم أجهزة الذاكرة أو مكونات المنطق. قد توفر الخطوات المنفصلة لمغناطيسية الساعة استقرارًا معززًا ضد التقلبات العشوائية، وهي ميزة مرغوبة في الأبعاد النانوية.
هناك أيضًا صدى نظري أوسع. غالبًا ما توصف المغناطيسية بأنها خاصية حالة الأرض - نظام يستقر في تكوين طاقته الأدنى. تشير مغناطيسية الساعة إلى مشهد أغنى، حيث تتواجد حالات متعددة متقاربة تقريبًا، ويمكن تنظيم الانتقالات بينها. إنها تلمح إلى أن الوقت يصبح أكثر وضوحًا في سلوك الترتيب المغناطيسي نفسه.
تظل البلورة الرقيقة في مركز الدراسة منصة لمزيد من التحقيق. يقوم الباحثون الآن بدراسة كيفية تأثير المحفزات الخارجية - نبضات الضوء، التيارات الكهربائية، أو الضغط - على ضبط أو تسريع الانتقالات بين الاتجاهات المغناطيسية. إذا كانت قابلة للتحكم، يمكن أن تعمق هذه الديناميات الفهم للمواد الكمومية وتفتح طرقًا تكنولوجية.
حتى الآن، يقف الاكتشاف كخطوة حذرة في فيزياء المادة المكثفة. إنه يظهر أنه حتى في الأنظمة التي لا يتجاوز سمكها ذرات، تستمر التعقيدات. يمكن أن تتحرك المغناطيسية، التي كانت تُعتبر لفترة طويلة ثابتة واتجاهية، في خطوات مقاسة، مما يردد إيقاع الساعة.
بعبارات بسيطة، لاحظ الفيزيائيون تجريبيًا مرحلة مغناطيسية شبيهة بالساعة في مادة بلورية رقيقة، مما يؤكد التنبؤات النظرية ويسلط الضوء على التطبيقات المحتملة في الأجهزة المستقبلية القائمة على الدوران. تم التخطيط لمزيد من التجارب لاستكشاف مدى قوة وقابلية التحكم في هذه الظاهرة تحت الظروف العملية.
تنبيه صورة الذكاء الاصطناعي تم إنتاج الرسوم التوضيحية باستخدام الذكاء الاصطناعي وتعمل كتصويرات مفاهيمية.
المصادر Nature Science Phys.org ScienceDaily MIT Technology Review
نُشر بواسطة Banx Network. هذا المقال جزء من برنامج الوسائط اللامركزية من Banx، مدعومًا برمز BXE على شبكة XRP Ledger.
