Bilim İnsanları ‘Vortion’ Adlı Yeni Manyetik Hal Ortaya Çıkardı
Araştırmacılar, bu durumu kontrol ederek beyin gibi çalışan daha akıllı, yeniden yapılandırılabilir ve enerji tasarruflu cihazların geliştirilmesini sağlayabilirler.
Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) araştırmacıları, manyeto-iyonik girdap veya “vortion” olarak bilinen yeni bir manyetik durum biçimini başarıyla oluşturdular. Nature Communications’da yayınlanan bulguları, normal oda sıcaklığı koşullarında nanometre ölçeğinde manyetik özellikleri kontrol etme konusunda benzeri görülmemiş bir yetenek olduğunu göstermektedir. Bu başarı, yeni nesil manyetik teknolojilerin önünü açabilir.
Büyük Veri’nin büyümesi devam ettikçe, bilgi teknolojilerinin enerji ihtiyaçları da hızla artmıştır. Çoğu sistemde veriler elektrik akımları kullanılarak depolanır, ancak bu süreç aşırı ısı üretir ve enerji israfına yol açar. Manyetik belleği akım yerine voltaj aracılığıyla kontrol etmek daha verimli bir yaklaşımdır. Manyeto-iyonik malzemeler, iyonlar voltaj polaritesi değişiklikleri yoluyla eklendiğinde veya çıkarıldığında manyetik özelliklerinin ayarlanmasını sağlayarak bunu mümkün kılar. Şimdiye kadar, bu alandaki araştırmalar, yoğun veri depolama için hayati önem taşıyan nano ölçekli “bitler” yerine, esas olarak sürekli filmlere odaklanmıştır.
Çok küçük ölçeklerde, daha büyük sistemlerde görülmeyen benzersiz manyetik davranışlar ortaya çıkabilir. Bir örnek, küçük bir girdap benzeri manyetik desen olan manyetik girdaptır. Bu yapılar, modern manyetik veri kaydında önemli bir rol oynar ve ayrıca biyomedikal uygulamalara da sahiptir. Ancak, bir malzemede bir girdap durumu oluştuktan sonra, bunu değiştirmek genellikle çok zordur veya bunu yapmak için önemli miktarda enerji gerekir.
Manyeto-İyonik ve Girdapların Birleşimi
UAB Fizik Bölümü araştırmacıları, ICMAB-CSIC, ALBA Senkrotron ve İtalya ile Amerika Birleşik Devletleri’ndeki araştırma kurumlarından bilim insanlarıyla iş birliği yaparak, manyeto-iyonik ve manyetik girdapları birleştiren yeni bir çözüm öneriyor. Araştırmacılar deneysel olarak manyeto-iyonik girdap veya “vorsiyon” adını verdikleri yeni bir manyetik durum geliştirdiler. Bu yeni nesne, bir nanonoktanın (nanometrik boyutlarda bir nokta) manyetik özelliklerinin yüksek hassasiyetle “isteğe bağlı” olarak kontrol edilmesini sağlıyor. Bu, voltaj uygulanarak azot iyonlarının çıkarılmasıyla elde ediliyor ve böylece çok düşük enerji tüketimiyle verimli bir kontrol sağlanıyor.
UAB Fizik Bölümü’nde ICREA araştırmacısı ve araştırmanın direktörü Jordi Sort, “Bu, nanometre ölçeğinde henüz keşfedilmemiş bir nesne” diye açıklıyor. Nanometre ölçeğinde manyetik durumların kontrolüne büyük bir talep var, ancak şaşırtıcı bir şekilde, manyeto-iyonik alanındaki araştırmaların çoğu şimdiye kadar sürekli malzeme filmlerinin incelenmesine odaklandı. Nanometre boyutlarındaki ayrık yapılarda, yani analiz ettiğimiz ‘nanodotlarda’ iyon yer değiştirmesinin etkilerine baktığımızda, bu tür yapılara özgü, dinamik olarak gelişen çok ilginç spin konfigürasyonlarının ortaya çıktığını görüyoruz.
Bu spin konfigürasyonları ve girdapların manyetik özellikleri, uygulanan voltajın süresine bağlı olarak değişir. Böylece, başlangıçta manyetik olmayan bir malzemenin nanonoktalarından, voltaj uygulanarak iyonların kademeli olarak çıkarılmasıyla farklı manyetik durumlar (örneğin, farklı özelliklere sahip girdaplar veya tekdüze manyetik yönelimli durumlar) üretilebilir.
“Geliştirdiğimiz ‘vortionlar’ sayesinde, mıknatıslanma, koersivite, kalıcı mıknatıslanma, anizotropi veya girdapların oluştuğu veya yok olduğu kritik alanlar gibi manyetik özellikler üzerinde benzeri görülmemiş bir kontrole sahip olabiliyoruz. Bunlar, manyetik belleklerde bilgi depolamak için temel özelliklerdir ve artık bunları çok düşük enerji tüketimiyle voltajla etkinleştirilen bir işlemle analog ve geri dönüşümlü bir şekilde kontrol edebiliyor ve ayarlayabiliyoruz,” diye açıklıyor UAB Fizik Bölümü’nde doktora sonrası araştırmacı ve makalenin ilk yazarı Irena Spasojević. “Elektrik akımı kullanmak yerine voltajla çalıştırma prosedürü, dizüstü bilgisayarlar, sunucular ve veri merkezleri gibi cihazlarda ısınmayı önler ve enerji kaybını önemli ölçüde azaltır.”
Araştırmacılar, voltajla üretilen manyetik tabakanın kalınlığının hassas bir şekilde kontrol edilmesiyle, malzemenin manyetik durumunun, manyetik olmayan bir durum, tekdüze manyetik yönelimli bir durum (bir mıknatısta bulunan gibi) ve yeni manyeto-iyonik girdap durumu arasında kontrollü ve geri dönüşümlü bir şekilde değiştirilebileceğini göstermiştir.
Nöronal sinapsların davranışını taklit etme yeteneği
Nano ölçekte ve oda sıcaklığında manyetik özelliklerin bu eşi benzeri görülmemiş düzeyde kontrol edilmesi, malzeme sentezlendikten sonra özelleştirilebilen işlevselliklere sahip gelişmiş manyetik cihazların geliştirilmesi için yeni ufuklar açıyor. Bu, belirli teknolojik talepleri karşılamak için gereken daha fazla esneklik sağlıyor.
Jordi Sort, “Örneğin, biyolojik sinapsların davranışını taklit edebilen dinamik sinapslar olarak sinir ağlarına yeniden yapılandırılabilir manyeto-iyonik girdapların entegre edilmesini öngörüyoruz” diyor. Beyinde, nöronlar arasındaki bağlantılar, yani sinapslar, aktiviteye ve öğrenme sürecine göre dinamik olarak adapte olan farklı ağırlıklara (yoğunluklara) sahiptir. Benzer şekilde, “girdaplar”, nöromorfik (beyinden ilham alan) spintronik cihazlar için yeniden yapılandırılabilir manyetizasyon veya anizotropi değerlerine yansıyan ayarlanabilir nöronal sinaptik ağırlıklar sağlayabilir. Aslında, Irena Spasojević, “biyolojik nöronların ve sinapsların aktivitesi de manyeto-iyonik birimlerimize benzer şekilde elektrik sinyalleri ve iyon göçü tarafından kontrol ediliyor” yorumunu yapıyor.
Araştırmacılar, vortionların beyinden ilham alan cihazlar, analog hesaplama veya çok durumlu veri depolama sistemleri üzerindeki etkilerinin yanı sıra, teragnostikler, veri güvenliği, manyetik spin hesaplama cihazları (spin mantığı) ve spin dalgalarının üretimi (magnonik) gibi tıbbi tedavi teknikleri de dahil olmak üzere başka potansiyel uygulamalara sahip olabileceğine inanıyorlar.
Kaynak: https://scitechdaily.com
Einstein yine haklı çıktı: Kendi etrafında dönen yıldızlar uzay zamanda girdap yaratabiliyor