کشف جدید در دنیای مغناطیس می‌تواند کلید تراشه‌های فوق‌سریع و کم‌مصرف باشد

گفته می‌شود این کشف می‌تواند به طراحی معماری‌های جدید رایانه‌ای منجر شود که سیستم‌های مغناطیسی و الکتریکی را به طور یکپارچه ترکیب کرده و در نتیجه، راه‌گشای توسعه فناوری‌هایی با سرعت بالاتر و مصرف انرژی پایین‌تر خواهد بود.
 
گفتنی است این پژوهش در مرکز مواد هیبریدی، فعال و پاسخگو (CHARM) دانشگاه دلاویر و با حمایت بنیاد ملی علوم آمریکا انجام شده است.
 
در حال حاضر، در تراشه‌های موجود رایانه‌ها، اطلاعات از طریق حرکت الکترون‌ها انتقال می‌یابد، اما این حرکت به دلیل برخورد با مقاومت و آزادسازی گرما، انرژی زیادی از دست می‌دهد.
 
در مقابل، مگنون‌ها اطلاعات را از طریق تغییرات در جهت اسپین (چرخش) الکترون‌ها حمل می‌کنند و نه از طریق حرکت بارهای الکتریکی. این امر باعث می‌شود که مگنون‌ها بتوانند داده‌ها را با اتلاف انرژی بسیار کمتری منتقل کنند.
 
پژوهشگران در این مطالعه عمدتاً بر مواد آنتی‌فرومغناطیسی تمرکز کرده‌اند. در این مواد، اسپین‌های الکترون‌ها به طور متناوب به سمت بالا و پایین چرخش می‌کنند.
 
این مواد به دلیل سرعت انتقال مگنون‌ها در فرکانس‌های تراهرتز (حدود هزار برابر سریع‌تر از مواد فرومغناطیسی معمولی) برای کاربردهای محاسباتی جذاب هستند. اما از آنجا که اسپین‌های مخالف یکدیگر را خنثی می‌کنند، شناسایی و کنترل مگنون‌ها در این مواد همواره یک چالش بوده است.
 
گفتنی است که برای بررسی بیشتر، پژوهشگران از شبیه‌سازی‌های پیشرفته کامپیوتری استفاده کردند و دریافتند که حرکت مگنون‌ها می‌تواند سیگنال‌های الکتریکی تولید کند.
 
داتی، نویسنده ارشد این پژوهش، اظهار می‌دارد: «نتایج این پژوهش پیش‌بینی می‌کند که می‌توان مگنون‌ها را با اندازه‌گیری قطبش الکتریکی که ایجاد می‌کنند شناسایی کرد».
 
وی می‌افزاید: «حتی جالب‌تر این است که ممکن است بتوانیم از میدان‌های الکتریکی خارجی، از جمله میدان‌های نوری، برای کنترل حرکت مگنون‌ها استفاده کنیم. دستگاه‌هایی که به جای سیم‌های معمولی از کانال‌های مگنون استفاده کنند، می‌توانند اطلاعات را بسیار سریع‌تر و با اتلاف انرژی کمتر ارسال کنند».
 
پژوهشگران در این تحقیق همچنین مطالعه کردند که وقتی یک طرف ماده نسبت به طرف دیگر داغ‌تر می‌شود، مگنون‌ها از ناحیه گرم به ناحیه سردتر منتقل می‌شوند.
 
همچنین آنها به بررسی این پرداختند که چگونه حرکت زاویه‌ای مگنون‌ها، که به معنای حرکت چرخشی امواج است، بر رفتار کلی آن‌ها تأثیر می‌گذارد.
 
این گروه یک چهارچوب ریاضیاتی توسعه داد که نشان می‌دهد چگونه حرکت زاویه‌ای مگنون‌ها می‌تواند موجب تولید قطبش الکتریکی در ماده شود. به‌طور کلی، مگنون‌های در حال حرکت در مواد آنتی‌فرومغناطیسی می‌توانند ولتاژ قابل اندازه‌گیری تولید کنند.
 
پژوهشگران اکنون در حال انجام آزمایش‌هایی برای آزمودن پیش‌بینی‌های نظری خود هستند. آنها همچنین قصد دارند بررسی کنند که چگونه مگنون‌ها با نور تعامل دارند و آیا می‌توان از حرکت زاویه‌ای نور برای هدایت یا شناسایی حرکت مگنون‌ها استفاده کرد یا خیر.
 
این تحقیقات می‌تواند گام بزرگی در جهت تحقق محاسبات فوق‌سریع و کم‌مصرف باشد، فناوری‌ای که می‌تواند انقلابی در حوزه پردازش داده‌ها و طراحی تراشه‌ها ایجاد کند.
 
پژوهشگران این پروژه باور دارند که نتایج این پژوهش، در صورتی که به مرحله پیاده‌سازی برسد، می‌تواند تحول بزرگی در صنعت فناوری اطلاعات ایجاد کرده و آینده پردازش داده‌ها را متحول کند.
 
تراشه‌های آینده که از کانال‌های مگنون استفاده خواهند کرد، می‌توانند سرعت پردازش را به طور چشمگیری افزایش دهند و در عین حال، مصرف انرژی را به حداقل برسانند.
 
این فناوری نه تنها در پردازش داده‌ها، بلکه در بسیاری از حوزه‌های دیگر از جمله اینترنت اشیاء (IoT)، سامانه‌های ابری و حتی رایانش کوانتومی نیز می‌تواند کاربردهای وسیعی داشته باشد.

بر این اساس، پژوهشگران امیدوارند که این کشف به نقطه عطفی در توسعه تراشه‌ها و دستگاه‌های الکترونیکی کم‌مصرف و پرسرعت تبدیل شود.