في خطوة رائدة في مجال تكنولوجيا النانو المغناطيسية، نجح فريق من الباحثين بقيادة البروفيسور يونغ كيون كيم من جامعة كوريا والبروفيسور كي تاي نام من جامعة سيول الوطنية في ابتكار نانوحلزونات مغناطيسية قادرة على التحكم في دوران الإلكترونات. هذا الابتكار الذي يستخدم المواد المغناطيسية الشيرالية للتحكم في دوران الإلكترونات في درجة حرارة الغرفة تم نشره في مجلة Science.
الهندسة الشيرالية والمغناطيسية
أكد البروفيسور يونغ كيون كيم أن هذه النانوحلزونات تحقق استقطاب دوران يتجاوز 80% بفضل هندستها ومغناطيسيتها فقط. وهذا يمثل مزيجًا نادرًا من الشيرالية الهيكلية والمغناطيسية الذاتية، مما يتيح تصفية الدوران في درجة حرارة الغرفة دون الحاجة إلى دوائر مغناطيسية معقدة أو تبريد فائق.
تشير هذه التقنية إلى إمكانيات جديدة في هندسة سلوك الإلكترونات باستخدام التصميم الهيكلي، مما يعزز من التطبيقات المحتملة في مجال الإلكترونيات الدقيقة والمغناطيسية.
الإبداع في تصنيع النانوحلزونات
تمكن فريق البحث من تصنيع نانوحلزونات مغناطيسية شيرالية بيدين مختلفتين من خلال التحكم الكهروكيميائي في عملية تبلور المعادن. وقد تمثل الابتكار الرئيسي في إدخال كميات ضئيلة من الجزيئات العضوية الشيرالية، مثل السينكونين أو السينكونيدين، التي وجهت تشكيل الحلزونات بيد محددة بدقة.
هذا الإنجاز يعد خطوة نادرة في الأنظمة غير العضوية، حيث أظهر الفريق أن الحلزونات التي تظهر يسرى شيرالية تفضل مرور اتجاه واحد من الدوران فقط، مما يلغي الدوران المعاكس.
التقييم والتحقق من الشيرالية
لتأكيد شيرالية النانوحلزونات، طور الباحثون طريقة تقييم تعتمد على القوة الدافعة الكهربائية وقاموا بقياس القوة الناتجة عن الحلزونات تحت حقول مغناطيسية دوارة. الحلزونات اليسرى واليمنى أنتجت إشارات معاكسة، مما أتاح التحقق الكمي من الشيرالية حتى في المواد التي لا تتفاعل بقوة مع الضوء.
تطبيقات عملية في الإلكترونيات المغناطيسية
وجد فريق البحث أن المادة المغناطيسية نفسها، من خلال مغناطيسيتها الذاتية، تمكن من نقل الدوران لمسافات طويلة في درجة حرارة الغرفة. هذا التأثير، الذي يتم الحفاظ عليه بواسطة طاقة التبادل القوية، يظل ثابتًا بغض النظر عن الزاوية بين المحور الشيرالي واتجاه حقن الدوران.
كما نجح الفريق في تطوير جهاز صلب أظهر إشارات توصيل تعتمد على الشيرالية، مما يمهد الطريق لتطبيقات مستقبلية في الإلكترونيات المغناطيسية.
الخاتمة
يمثل هذا العمل اندماجًا قويًا بين الهندسة والمغناطيسية ونقل الدوران، معتمدًا على مواد غير عضوية قابلة للتطوير. القدرة على التحكم في اليدوية وعدد الخيوط باستخدام هذه الطريقة الكهروكيميائية المتنوعة يتوقع أن يساهم بشكل كبير في مجالات تطبيقية جديدة، مما يجعل هذه التقنية منصة محتملة لتكنولوجيا الإلكترونيات المغناطيسية الشيرالية.
