کشف خواص جدید مغناطیس برای ساخت رایانه‌های قدرتمندتر و ارزان‌تر
کامپیوترهای مدرن برای پردازش اطلاعات از الکترون‌ها استفاده می‌کنند، اما این روش درحال رسیدن به محدودیت‌های نظری است. بااین‌حال، به‌لطف تحقیقات دانشمندان مؤسسه‌ی نیلز بور (NBI) و دانشگاه کپنهاگ، می‌توان به‌جای الکترون از مغناطیس استفاده کرد و درنتیجه، توسعه‌ی رایانه‌های ارزان‌تر و قدرتمندتر ادامه خواهد یافت. مطالعه‌ی این محققان در مجله‌ی Nature Communications منتشر شده است.
پروفسور کیم لفمن از NBI می‌گوید:
عملکرد یک رایانه، شامل ارسال جریان الکتریکی ازطریق یک ریزتراشه است. درحالی‌که مقدار جریان الکتریکی دراین شرایط ناچیز است، انتقال اطلاعات باعث گرم شدن تراشه می‌شود. هنگامی‌که تعداد زیادی از اجزا را کنار یکدیگر قرار دهید، گرما افزایش خواهد یافت که این یک مشکل محسوب می‌شود. همین مورد نشان می‌دهد ما در کوچک‌کردن ریزتراشه‌ها به محدودیت رسیده‌ایم. یک رایانه‌ی مبتنی‌بر مغناطیس از مشکل گرم‌شدن بیش‌ازحد جلوگیری می‌کند.کشف ما، دستورالعمل مستقیمی برای ساخت کامپیوتر براساس مغناطیس نیست، بلکه ما یکی از خواص اساسی مغناطیس را کشف کرده‌ایم که می‌توان از آن برای تولید چنین رایانه‌هایی بهره گرفت.
مکانیک کوانتومی شتاب را متوقف می‌کند
برای درک این کشف، باید بدانیم که مواد مغناطیسی الزاماً جهت‌گیری یک‌نواختی ندارند. به‌عبارت دیگر، احتمال دارد مناطقی با قطب مثبت و منفی مغناطیسی درکنار هم وجود داشته باشند. این نواحی، دامنه نامیده می‌شوند و مرز بین حوزه‌ی قطب مثبت و منفی، دیوار دامنه است.
درحالی‌که دیوار دامنه، یک شیء فیزیکی نیست، اما چند مورد از ویژگی‌های ذرات را دارد. این نمونه‌ای از چیزی است که فیزیکدانان از آن به‌عنوان شبه‌ذرات یاد می‌کنند و به‌معنای پدیده‌های مجازی هستند.
کیم لفمن توضیح می‌دهد:
به‌خوبی ثابت شده است که می‌توان موقعیت دیوار دامنه را با اعمال میدان مغناطیسی جابه‌جا کرد. در ابتدا، دیوار به‌طور مشابه به یک جسم فیزیکی که درمعرض گرانش است واکنش نشان می‌دهد و تا زمانی‌که به‌سطح زیر برخورد کند شتاب می‌گیرد.
ذرات در سطح کوانتومی نه‌تنها شیء، بلکه موج نیز هستند. این امر درمورد یک شبه‌ذره مثل دیوار دامنه نیز صدق می‌کند. ویژگی‌های موج نشان می‌دهد که شتاب کاهش پیدا می‌کند زیرا دیوار با اتم‌های اطراف تعامل دارد. بدین‌ترتیب شتاب به‌طور کامل متوقف خواهد شد و موقعیت دیوار شروع به نوسان خواهد کرد.
فرضیه سوئیس الهام‌بخش شد
پدیده‌ی مشابهی برای الکترون‌ها دیده می‌شود که در اینجا، به نوسانات بلوخ معروف است؛ نامی که به‌افتخار فیزیکدان آمریکایی-سوئیسی و برنده‌ی جایزه‌ی نوبل فلیکس بلوخ که در سال ۱۹۲۹ آن را کشف کرد انتخاب شده است.
فیزیکدانان نظری در سال ۱۹۹۶ پیشنهاد کردند که نوسانات بلوخ احتمالاً درمغناطیس نیز وجود دارد. اکنون کمی بیش از ربع قرن بعد، کیم لفمن و همکارانش موفق شدند این فرضیه را تأیید کنند.
تیم تحقیقاتی، حرکت دیوارهای دامنه را در ماده‌ی مغناطیسی CoCl2 ∙ 2D2O مورد مطالعه قرار داده است.
لفمن می‌گوید:
ما از مدت‌ها قبل می‌دانیم که می‌توان این فرضیه را تأیید کرد اما همچنین فهمیدیم که این امر مستلزم دسترسی به منابع نوترونی است. نوترون‌ها به‌طور منحصر‌به‌فرد، با وجود این‌که بار الکتریکی ندارند، به میدان‌های مغناطیسی واکنش نشان می‌دهند.
تقویت برای تحقیق در مغناطیس
منابع نوترونی ابزارهایی علمی درمقیاس بزرگ هستند. در سرتاسر جهان فقط ۲۰ منبع وجود دارد و رقابت برای زمان پرتو، شدید است. این تیم درحال‌حاضر تنها موفق به دریافت داده‌های کافی برای رضایت ویراستاران Nature Communications شده است. کیم لیفمن گفت:
ما زمان پرتو را به‌ترتیب در NIST در ایالات متحده و مؤسسه‌ی ILL در فرانسه داشته‌ایم. خوشبختانه، با عملیاتی شدن ESS (منبع Spallation اروپا) در لوند، سوئد، شرایط برای تحقیقات مغناطیسی بسیار بهبود خواهد یافت. زمان پرتو بهتر می‌شود، زیرا دانمارک یکی از مالکان تأسیسات است. کیفیت نتایج نیز تقریباً ۱۰۰ برابر بهتر می‌شود زیرا ESS یک منبع نوترونی بسیار قدرتمند خواهد بود.
برای روشن‌تر شدن موضوع، لفمن تأکید می‌کند که حتی اگر مکانیک کوانتومی درگیر باشد، رایانه‌های مبتنی‌بر مغناطیس نوعی کامپیوتر کوانتومی نخواهند بود. او می‌گوید:
انتظار داریم رایانه‌های کوانتومی در آینده قدرت بسیار بالایی برای انجام وظایف بسیار پیچیده داشته باشند، اما حتی در آن زمان، همچنان برای انجام محاسبات ساده‌تر به رایانه‌های معمولی نیاز خواهیم داشت؛ اینجا است که امکان دارد رایانه‌های مبتنی‌بر مغناطیس نسبت به رایانه‌های فعلی، جایگزین مناسب‌تری باشند.