مادة جديدة قائمة على المنجنيز من جامعة JGU الألمانية ترفع درجة حرارة تشغيل تخزين البيانات المغزلي إلى 132 درجة مئوية تحت الصفر

أخبار ar.wedoany.com، طوّر باحثون في جامعة يوهانس غوتنبرغ ماينتس (JGU) مادة جزيئية جديدة قائمة على المنجنيز، تعمل على رفع درجة حرارة تشغيل الجزيئات كأجهزة لتخزين البيانات المصغرة إلى حوالي 132 درجة مئوية تحت الصفر، وقد نُشرت النتائج في مجلة "Nature Chemistry". في السابق، كانت المواد الجزيئية المحتوية على الحديد فقط هي القادرة على تحقيق هذه الوظيفة، لكنها كانت تتطلب الحفاظ على درجة حرارة تشغيل تتراوح بين 100 و130 كلفن (حوالي 173 إلى 143 درجة مئوية تحت الصفر)، مما أدى إلى ارتفاع استهلاك الطاقة وتعقيد العمليات. وأوضحت البروفيسورة كاتيا هاينتسه من قسم الكيمياء في JGU أن المادة الجديدة القائمة على المنجنيز تفوقت، في أول محاولة لها، على جميع المواد الجزيئية المعروفة المحتوية على الحديد في التطبيقات ذات الصلة، مما يمثل تقدماً في مجال الإلكترونيات المغزلية.

في مجال تخزين البيانات، يمكن ترتيب اللف المغزلي للإلكترون (العزم المغناطيسي، الذي يتصرف مثل مغناطيس شريطي) للأيونات الفردية بشكل متوازٍ أو متعاكس، وهو ما يتوافق مع القيم الثنائية "1" أو "0"، أي الحالة المغزلية العالية أو المنخفضة. عادةً ما تبلغ درجة حرارة التشغيل القصوى لأجهزة التخزين القائمة على الحديد 100 كلفن (حوالي 173 درجة مئوية تحت الصفر)، وقد أبلغ فريق سابق عن رفعها إلى 130 كلفن (حوالي 143 درجة مئوية تحت الصفر)، وهو ما يُعتقد أنه يقترب من الحد الأقصى لهذا النظام المادي. وقد حقق فريق JGU قفزة في درجة الحرارة تبلغ حوالي 11 كلفن. قامت ساندرا كروننبرغ، طالبة الدكتوراه في قسم الكيمياء بجامعة JGU، بتصنيع المادة الجديدة بدعم من مركز ماكس بلانك للدراسات العليا بالتعاون مع JGU، وأشارت إلى أن المنجنيز يمكن أن يكون أداؤه جيداً مثل الحديد، بل وأفضل. وقام الدكتور لوكا كاريلا من قسم الكيمياء بجامعة JGU بقياس السلوك المغناطيسي للمادة الجديدة، معتبراً أن هذا النظام لا يزال بعيداً عن درجة حرارة الغرفة، لكن هذا التقدم يمثل خطوة مهمة نحو تحقيق درجات حرارة تشغيل أعلى في الإلكترونيات المغزلية.

يعود هذا الاختراق في أداء درجة الحرارة إلى دمج المنجنيز مع ليجاندات مشتقة من كربينات N-الحلقية غير المتجانسة، حيث تشكل الليجاندات روابط قوية مع المنجنيز. تعمل هذه الروابط القوية على تثبيت الحالة المغزلية المنخفضة، وفي الوقت نفسه تولد حاجز طاقة عالٍ بين الحالتين المغزليتين، مما يجعل كلتا الحالتين أكثر استقراراً لتخزين المعلومات وقادرة على تحمل درجات حرارة أعلى. تشبه طريقة "كتابة" المعلومات تلك المستخدمة مع أيونات الحديد: عند تسليط الضوء على أيونات المنجنيز، تغير الإلكترونات حالتها المغزلية، ويتحول لون المادة من الأحمر الداكن في الحالة المغزلية المنخفضة إلى الأصفر الفاتح في الحالة المغزلية العالية. وأوضحت هاينتسه أن المادة بعد التبديل تحتفظ بلونها وخصائصها المغناطيسية لفترة زمنية مفيدة بعد إطفاء مصدر الضوء، وقد يوفر هذا المفهوم اتجاهاً لتقنيات التخزين الرقمي في المستقبل.