تكنولوجيا الإضاءة الثورية: اكتشاف مسارات جديدة في أبحاث المواد!

تكنولوجيا الإضاءة الثورية: اكتشاف مسارات جديدة في أبحاث المواد!

قام فريق من علماء الفيزياء من جامعة كونستانز، بقيادة دافيد بوسيني، بتطوير طريقة رائعة تجعل من الممكن تغيير خصائص المواد باستخدام الضوء. تهدف هذه التقنية المبتكرة إلى إثارة الحالات المغناطيسية في المواد، مما قد يحدث ثورة في نقل وتخزين المعلومات في درجة حرارة الغرفة في نطاق تيراهيرتز. قد يكون هذا أمرًا حاسمًا لمستقبل تقنيات البيانات.

وتعتمد هذه العملية على بلورات طبيعية متاحة على نطاق واسع، وخاصة الهيماتيت، ولا تتطلب مواد نادرة. تم عرض هذا البحث، الذي نُشر في يونيو 2025، بالتفصيل في مجلة “Science Advances”. إن فكرة استخدام المغنونات، وهي إثارات الدوران الجماعية في المواد المغناطيسية، كحاملات معلومات، تلبي الطلب المتزايد على التقنيات الجديدة لمعالجة كميات كبيرة من البيانات.

الابتكارات التكنولوجية من خلال magnons

حتى الآن، لا يمكن إثارة المغنونات إلا في حالات التردد الأدنى. ومع ذلك، تسمح العملية الجديدة بالتحكم الدقيق في تردد وسعة وعمر هذه الجسيمات الكمومية. ويحدث هذا من خلال الإثارة البصرية المباشرة لأزواج المغنون، مما يؤدي إلى تغيرات غير حرارية في الخواص المغناطيسية للمادة. ويصف بوسيني هذه الظاهرة بأنها تعديل مؤقت لـ"الحمض النووي المغناطيسي" للمادة.

الهيماتيت، المادة المستخدمة، لها أهمية تاريخية مثيرة للاهتمام حيث أنها كانت تستخدم في الملاحة البحرية للبوصلات. تشير نتائج البحث إلى أن مكثفات بوز-آينشتاين الناتجة عن الضوء من الماغنونات عالية الطاقة ممكنة في درجة حرارة الغرفة. وهذا يمكن أن يتيح البحث في التأثيرات الكمومية دون التبريد المعقد.

التيارات الفائقة في درجة حرارة الغرفة

حقق بحث منفصل ولكن ذو صلة أجراه فيزيائيون بقيادة البروفيسور الدكتور بوركارد هيلبراندز في جامعة كايزرسلاوترن التقنية تقدمًا مؤخرًا. لقد تمكنوا من اكتشاف تيار فائق من المغنونات في درجة حرارة الغرفة لأول مرة. كما شارك في هذه الدراسة علماء فيزياء نظرية من إسرائيل وأوكرانيا. هذه النتائج يمكن أن تزيد بشكل كبير من كفاءة معالجة البيانات في المستقبل.

تُظهر هذه الموصلات الفائقة الجديدة ظواهر كمومية تحدث عادةً فقط عند درجات حرارة أقل من درجة التجمد. يسلط هيليبراندز الضوء على الدور المهم للحالات الكمومية العيانية في التكنولوجيا المستقبلية، بينما يستخدم الباحثون مكثفات بوز-آينشتاين لاستكشاف قوانين العالم الكمي المتعلقة بالتيارات الفائقة.

مثل الجسيمات الكمومية للموجات الدورانية في المواد المغناطيسية، من السهل إنشاء الماغنونات وتعديلها واكتشافها، بينما تستهلك أيضًا القليل من الطاقة. يفتح هذا التقدم تطبيقات جديدة في الأبحاث الأساسية ويمكن أن يمثل بديلاً لتقنيات أشباه الموصلات التقليدية.

فيزياء الكم والمواد الجديدة

بالإضافة إلى ذلك، قام فريق بحث دولي، بما في ذلك جامعة فورتسبورغ، بتطوير شكل خاص من الموصلية الفائقة التي يمكن أن تؤدي إلى تطوير أجهزة الكمبيوتر الكمومية. تُعرف الموصلات الفائقة بقدرتها على توصيل الكهرباء دون مقاومة، مما يجعلها مرشحة مثالية للمكونات الإلكترونية في الأجهزة عالية التقنية.

قامت مجموعة البحث ببناء مكون هجين مصنوع من موصل فائق مستقر وعازل طوبولوجي. يسمح هذا المزيج بالتحكم الدقيق في خصائص التوصيل الفائق بواسطة المجالات المغناطيسية الخارجية، مما يؤدي إلى حالة غريبة تتعايش فيها الموصلية الفائقة والمغناطيسية. يمكن لهذا التصميم الجديد تثبيت البتات الكمومية، مما يوفر آفاقًا واعدة لأجهزة الكمبيوتر الكمومية المستقبلية.

تظهر الاكتشافات في فيزياء الكم والمواد الجديدة التي أجرتها مجموعات البحث المختلفة أن العلم عند نقطة تحول. لا تقدم النتائج المتعلقة بالمغنونات والموصلات الفائقة رؤى ثاقبة للفيزياء الأساسية فحسب، بل تقدم أيضًا تطبيقات عملية يمكن أن تغير طريقة معالجة البيانات في المستقبل.

يعد هذا البحث المهم جزءًا من مشاريع أكبر تدعمها مؤسسات وبرامج تمويل مختلفة، مثل مجموعة التميز ct.qmat في جامعة فورتسبورغ ومؤسسة الأبحاث الألمانية (DFG). يمكن للتعاون بين الباحثين الدوليين أن يمهد الطريق لتقنيات مبتكرة في معالجة البيانات والحوسبة الكمومية. يمكن العثور على مزيد من التفاصيل حول هذا العمل في المنشورات الأصلية لفرق البحث ذات الصلة.

لمزيد من المعلومات اقرأ التقارير من جامعة كونستانز, Chemie.de و جامعة فورتسبورغ.