عندما نستعين بدارات العازل المغناطيسي في نقل الإشارات الكهربائية

استمع على ساوندكلاود 🎧

نعلم جميعنا أن الإشارات والمعلومات في الدارات الكهربائية أو الإلكترونية تنقل من خلال حركة الإلكترونات ضمن تلك المادة الناقلة أو النصف ناقلة، لكن ظهر مؤخراً نوع جديد من الدارات تنقل الإشارات ضمنها من خلال العازل.

تابع معنا هذا المقال لتتعرف أكثر على هذه الدارات و مبدأ عملها.

كما نعلم، تُنقل المعلومات عبر الدارات الإلكترونية الحالية بواسطة حركة الإلكترونات، أي يتم استخدام شحنة الإلكترونات لنقل الإشارة. لكن مع استخدام العوازل المغناطيسية أصبح نقل الإشارة يتم باستخدام ما يسمى أمواج دوّارة ( spin waves )، مع العلم بأن الدوران هو عبارة عن الخاصية المغناطيسية للإلكترون.

فهذه الأمواج يتم توليدها بسبب التشويش أو الاضطراب الحاصل في اتجاه المغنطة للمواد المغناطيسية كالاضطراب الذي يحدث عند دوران أحد الإلكترونات في اتجاه معاكس لاتجاه الحقل المغناطيسي للمادة، وتقوم الأمواج الدوّارة بإرسال تلك الاضطرابات عبر المادة. حيث يوضح هذا البحث للمرة الأولى إمكانية نقل الإشارات الكهربائية ضمن المواد العازلة.

لكنّه حتى الآن، لم يتم استخدام الدارات الكهرابائية المعتمدة على الأمواج الدوّارة بشكل كبير، تبيّن أنّه من المستحيل إدخال اضطراب كبير كفاية لتوليد أمواج دوّارة في نظام ما. حتى نجح كل من البروفيسور بارت فان ويز ( وهو يعتبر كبير الباحثين في مجموعة العمل التابعة لمؤسسة FOM ) وطالب الدكتوراه لديه لودو كورنيلسين من جامعة غرونينجن بالإضافة إلى الدكتور ريمبيرت دوين من جامعة أوتريخت، نجحوا في استخدام الأمواج الدوّارة ضمن دارة كهربائية عن طريق جهاز تم تصميمه وهندسته بدقة وعناية، الأمر الذي سمح لهم من الاستفادة من تلك الأمواج الموجودة أصلاً ضمن المواد بفعل التقلبات أو التغيّرات الحرارية ممّا تطلّب انتاج كمية اضطراب ضمن النظام بشكل أقل بكثير من السابق، وبالتالي إمكانية استخدام الأمواج الدوّارة ضمن الدارة الكهربائية.

وتتألف الدارة العاملة بالأمواج الدوّارة التي قام الباحثون ببنائها من طبقة رقيقة جداً ( حوالي 200 نانومتر ) من مادة غارنيت حديد الإيتروم ( yttrium iron garnet وهي عبارة عن عازل مغناطيسي ومعدني وتُدعى اختصاراً بـ YIG )، وأيضاً من شريط ناقل من البلاتينيوم على جانبي تلك الشريحة، بحيث يستطيع الإلكترون التدفق عبر البلاتينيوم لكن ليس بمقدوره التدفق عبر مادة YIG بسبب عازليتها. ومع ذلك عندما يصطدم الإلكترون بالحد الفاصل بين طبقة البلاتينيوم ومادة الـ YIG فإنّ ذلك يؤثر على مغنطة سطح الـ YIG ويتم نقل دوران ذلك الإلكترون عبر تلك المادة. ممّا يؤدي إلى توليد الأمواج الدوّارة ضمن مادة الـ YIG.

أمّا عملية الكشف عن الأمواج التي أرسلها الباحثون ضمن شريحة الـ YIG فتتم من خلال شريط البلاتينيوم الموجود على الطرف الآخر من الشريحة، وتكون عملية الكشف معاكسة تماماً لعملية إرسال الموجة ( حقنها )، حيث تصطدم الموجة الدوّارة بالحد الفاصل بين الـ YIG والبلاتينيوم لتتحوّل الأمواج الدوّارة تلك إلى إلكترونات تتدفق عبر البلاتينيوم ممّا يؤدي إلى توليد تيار كهربائي بحيث يمكن للباحثين قياس قيمته.

فكما نرى، يقدّم لنا هذا النوع من الدارات بديلاً مناسباً للدارات الكهربائية وإلالكترونية التقليدية، بحيث يمكننا استخدام الدارات ذات العازل المغناطيسي في صناعة الأجهزة الإلكترونية الموفِّرة للطاقة و صناعة الدارات المتكاملة بشكلٍ خاص، لأنّه ومن الناحية النظرية يمكن أن يعمل هذا النوع من الدارات بشكل أكثر كفاءة من الدارات الإلكترونية العادية.

المصدر

هنا