حققت الفيزيائية الكمومية تاليه غياسي إنجازًا تاريخيًا من خلال إثبات تأثير هول الكمومي في الجرافين لأول مرة دون الحاجة إلى حقول مغناطيسية خارجية. يُعتبر هذا الاكتشاف خطوة مهمة نحو تطوير تقنيات الجيل القادم في مجال الإلكترونيات السريعة والكفاءة الطاقوية العالية.
تأثير هول الكمومي في الجرافين
يُعتبر تأثير هول الكمومي ظاهرة فيزيائية تحدث عندما تتحرك الإلكترونات على حواف مادة ما دون أي اضطراب، مع توجيه جميع دوراناتها في نفس الاتجاه. توضح غياسي أن الدواران هو خاصية ميكانيكية كمومية للإلكترونات، تشبه المغناطيس الصغير المحمول بواسطة الإلكترونات، وتكون إما موجهة للأعلى أو للأسفل.
يمكن استخدام دوران الإلكترونات لنقل ومعالجة المعلومات في الأجهزة المعروفة باسم سبينترونيات. هذه الدوائر قد توفر إمكانات كبيرة لتقنيات الجيل التالي، بما في ذلك الإلكترونيات الأسرع والأكثر كفاءة في استهلاك الطاقة، والحوسبة الكمومية، وأجهزة الذاكرة المتقدمة.
الدمج على الشريحة
عادةً ما يتطلب تحقيق النقل الكمي في الجرافين تطبيق حقول مغناطيسية خارجية كبيرة، وهذا لا يتوافق مع الدوائر الإلكترونية. توضح غياسي أن الكشف عن تيارات الدوران الكمومية في الجرافين كان دائمًا يتطلب حقول مغناطيسية كبيرة، مما يجعل من المستحيل تقريبًا دمجها على الشريحة.
لهذا السبب، فإن تحقيق تيارات الدوران الكمومية الآن دون الحاجة إلى حقول مغناطيسية خارجية يفتح الطريق أمام التطبيقات المستقبلية لهذه الأجهزة الكمومية السبينترونية.
نقل الدوران في الجرافين
تمكن العلماء من مختبر فان دير زانت من تجاوز الحاجة إلى الحقول الخارجية من خلال وضع الجرافين فوق مادة مغناطيسية: CrPS₄. هذه الطبقة المغناطيسية غيرت بشكل كبير الخصائص الإلكترونية للجرافين، مما أدى إلى ظهور تأثير هول الكمومي في الجرافين.
أوضح غياسي: “لاحظنا أن النقل الدوراني في الجرافين يتغير بواسطة CrPS₄ المجاور، بحيث يعتمد تدفق الإلكترونات في الجرافين على اتجاه دوران الإلكترونات.”
الحفاظ على معلومات الدوران
التيارات الدورانية الكمومية التي يكتشفها العلماء في مكدس الجرافين-CrPS₄ محمية ‘طوبولوجيًا’، مما يعني أن إشارة الدوران تنتقل دون فقدان المعلومات على مسافات طويلة تصل إلى عشرات الميكرومترات. يقول غياسي: “هذه التيارات الدورانية المحمية طوبولوجيًا قوية ضد الاضطرابات والعيوب، مما يجعلها موثوقة حتى في الظروف غير المثالية.”
الحفاظ على إشارة الدوران دون أي فقدان للمعلومات أمر حيوي لبناء دوائر سبينترونية.
الخاتمة
يفتح هذا الاكتشاف الطريق نحو دوائر سبينترونية فائقة الرقة تعتمد على الجرافين، واعدة بتقدمات في تكنولوجيا الذاكرة والحوسبة للجيل القادم. تقدم التيارات الدورانية الملحوظة في الجرافين طريقة جديدة قوية لنقل المعلومات الكمومية بكفاءة وتماسك عبر دوران الإلكترونات. هذه الأجهزة السبنترونية القوية يمكن أن تخدم كعناصر بناء أساسية في الحوسبة الكمومية، وتربط الكيوبتات ببعضها داخل الدوائر الكمومية بسلاسة.
