پژوهشگران سوئدی کریستال دوبعدی با دوگانگی مغناطیسی ساختند که مصرف انرژی تراشه‌های حافظه را تا ده برابر کاهش می‌دهد و آینده فناوری داده را متحول می‌کند.
به گزارش تکناک، داده‌های دیجیتال در چند دهه آینده یکی از بزرگ‌ترین مصرف‌کننده‌های سهم‌های انرژی جهان خواهند بود. اکنون پژوهشگران دانشگاه فناوری Chalmers در سوئد این دستاورد علمی را برای حل این مشکل معرفی کرده‌اند.
این ماده اتمی فوق‌نازک که توسط آنها ساخته شده است، امکان هم‌زیستی دو نیروی مغناطیسی متضاد را فراهم می‌کند و مصرف انرژی را در دستگاه‌های حافظه کاهش می‌دهد.
واحدهای حافظه در تمام فناوری‌های مدرن از جمله سیستم‌های هوش مصنوعی، تلفن‌های هوشمند، رایانه‌ها، خودروهای خودران، لوازم خانگی و تجهیزات پزشکی ضروری هستند. مغناطیس به عنوان یک عامل کلیدی در حافظه دیجیتال ظاهر شده است، چرا که کنترل رفتار الکترون‌ها تحت میدان‌های مغناطیسی و جریان‌های الکتریکی، تراشه‌ها را سریع‌تر، کوچک‌تر و بهینه‌تر می‌کند.
اما رشد فزاینده داده‌ها در جهان، فناوری حافظه متداول را به مرز توانایی خود رسانده است. پیش‌بینی می‌شود که طی چند دهه آینده، حافظه دیجیتال نزدیک به ۳۰ درصد از مصرف جهانی انرژی را به خود اختصاص دهد. این موضوع جست‌وجو برای روش‌های نوین حافظه کم‌مصرف را شدت بخشیده است.
پژوهشگران Chalmers نخستین افرادی هستند که نشان می‌دهند چگونه یک ماده دولایه و دوبعدی می‌تواند دو نیروی مغناطیسی متفاوت را در هم ترکیب کند و مصرف انرژی در دستگاه‌های حافظه را ده برابر کاهش دهد.
دکتر Bing Zhao، نویسنده اصلی و پژوهشگر فیزیک دستگاه‌های کوانتومی در Chalmers گفت: «یافتن این هم‌زیستی نظم‌های مغناطیسی در یک ماده نازک، دستاورد بزرگی به حساب می‌آید. ویژگی‌های این ماده برای توسعه تراشه‌های حافظه فوق‌کارآمد در سیستم‌های هوش مصنوعی، دستگاه‌های همراه، رایانه‌ها و فناوری‌های داده‌ی آینده، استثنایی است.»
در فیزیک، دو حالت اصلی مغناطیسی، یعنی فرومغناطیس و آنتی‌فرومغناطیس وجود دارد. فرومغناطیس – همان نیروی آشنای آهن‌رباهای روزمره – الکترون‌ها را به‌طور یکنواخت هم‌راستا می‌کند و میدان مغناطیسی قابل مشاهده‌ای ایجاد می‌نماید. آنتی‌فرومغناطیس شامل الکترون‌هایی با چرخش مخالف است که یکدیگر را خنثی می‌کنند.
ترکیب این دو نیرو، مزایای چشمگیری برای حافظه و حسگرها دارد، اما تا امروز نیازمند لایه‌چینی چندماده‌ای پیچیده بود. پروفسور Saroj P. Dash، سرپرست پروژه و متخصص فیزیک دستگاه‌های کوانتومی در Chalmers توضیح داد: «برخلاف این سیستم‌های چندلایه پیچیده، ما موفق شدیم هر دو نیروی مغناطیسی را در یک ساختار بلوری دوبعدی ادغام کنیم. این شبیه یک سیستم مغناطیسی از پیش مونتاژشده کامل است؛ کاری که با مواد متداول قابل تکرار نبود. پژوهشگران از زمانی که مغناطیس برای نخستین بار در فناوری حافظه به کار گرفته شد، به دنبال این ایده بودند.»
دستگاه‌های حافظه اطلاعات را با تغییر جهت الکترون‌ها ذخیره می‌کنند. مواد متداول برای این کار به یک میدان مغناطیسی خارجی نیاز دارند. اما ماده ساخته‌شده در Chalmers ترکیب درونی نیروهای متضاد را دارد، که یک «تمایل مغناطیسی مایل» ایجاد می‌کند.
دکتر Zhao بیان کرد: «این تمایل باعث می‌شود که الکترون‌ها به‌سرعت و به‌سادگی تغییر جهت دهند، بدون آنکه نیاز به میدان مغناطیسی خارجی باشد. با حذف میدان‌های خارجی پرمصرف، مصرف انرژی تراشه‌های حافظه تا ده برابر کاهش می‌یابد.»
لایه‌های این کریستال‌های دوبعدی به‌جای پیوندهای شیمیایی، با نیروهای واندروالس روی هم قرار می‌گیرند و این موضوع پایداری را افزایش می‌دهد. آلیاژ مغناطیسی این ماده – متشکل از کبالت، آهن، ژرمانیم و تلوریوم – هر دو حالت فرومغناطیس و آنتی‌فرومغناطیس را در یک ساختار پشتیبانی می‌کند.
پروفسور Dash عنوان کرد: «ماده‌ای با رفتارهای مغناطیسی چندگانه می‌تواند مشکلات لایه‌چینی چندفیلمی را برطرف می‌کند و تولید آن بسیار ساده‌تر است. پیش‌تر، روی‌هم‌گذاری چندین لایه مغناطیسی در محل اتصال، مرزهای چالش‌برانگیزی ایجاد می‌کرد که قابلیت اطمینان را کاهش می‌داد و فرایند تولید دستگاه‌ها را دشوار می‌ساخت.»
