قد يتم أخيرًا حل لغز الإلكترونيات السبينية الطويل الأمد

قد يكون التفسير طويل الأمد للمقاومة المغناطيسية غير كامل. تشير الأدلة الجديدة إلى وجود آلية عالمية بينية.

جاء التقدم الكبير في مجال الإلكترونيات السبينية مع اكتشاف المقاومة المغناطيسية غير العادية (UMR). في هذا التأثير، تتغير المقاومة الكهربائية لمعدن ثقيل عند وضعه بجوار عازل مغناطيسي وتدور المغنطة ضمن مستوى متعامد مع اتجاه التيار الكهربائي.

حفزت هذه الملاحظة على إدخال المقاومة المغناطيسية لقاع السبين (SMR)، وهو الإطار الذي سرعان ما أصبح مقبولا على نطاق واسع. تم استخدام SMR منذ ذلك الحين لشرح UMR عبر العديد من الإعدادات التجريبية، بما في ذلك اختبارات المقاومة المغناطيسية القياسية، وتجارب الرنين المغناطيسي الحديدي لعزم الدوران، وقياسات جهد هول التوافقية، وأجهزة استشعار المجال المغناطيسي، وتقنيات التحكم في المغنطة أو تبديل متجه Néel.

لكن مع مرور الوقت، كشفت التجارب عن صورة أوسع وأكثر إثارة للحيرة. تم العثور على UMR في العديد من الأنظمة المغناطيسية، حتى في حالة عدم وجود مادة قاعة الدوران. ولأن التأثير يظهر أيضًا في الأنظمة التي لا يمكن تطبيق SMR فيها (على سبيل المثال، تلك التي لا تحتوي على تأثير هال المغزلي)، فقد اقترح الباحثون مجموعة متنوعة من نماذج المقاومة المغناطيسية البديلة المرتبطة بالتيار المغزلي (MR). وتشمل هذه Rashba-Edelstein MR، وSpin-orbit MR، وHall MR الشاذة، وHall MR المداري، وMR التناظر البلوري، وRashba-Edelstein MR المداري، وHanle MR، وكلها تهدف إلى شرح الإشارات “الشبيهة بـ SMR” التي تظهر في مواد محددة.

أدلة تجريبية لآلية جديدة

وفي الآونة الأخيرة، أعلن البروفيسور ليجون تشو من معهد أشباه الموصلات بالأكاديمية الصينية للعلوم، بالتعاون مع البروفيسور شيانغ رونغ وانغ من الجامعة الصينية في هونغ كونغ، عن نتائج تجريبية واضحة تشير إلى أصل مختلف للـ UMR العالمي. يُظهر عملهم أن التأثير ينشأ من تشتت الإلكترونات في السطوح البينية للمواد، والتي يتم التحكم فيها عن طريق المغنطة والمجال الكهربائي البيني. تُعرف هذه العملية بالمقاومة المغناطيسية ذات المتجهات الثنائية ولا تعتمد على التيارات الدورانية.

وتكشف تجاربهم أيضًا أن UMR كبير للغاية يمكن أن يظهر حتى في المعادن المغناطيسية أحادية الطبقة. تظهر القياسات أيضًا تأثيرات ذات ترتيب أعلى وتتبع قاعدة المجموع العالمي، وكلها تتطابق بشكل وثيق مع تنبؤات نموذج MR ثنائي الاتجاه. الأهم من ذلك، يتم الحصول على هذه النتائج دون الحاجة إلى استدعاء الآليات القائمة على الدوران الحالي.

إعادة تفسير عقود من النتائج التجريبية

تكشف إعادة الفحص المنهجي للأدبيات الموجودة أيضًا أن البيانات التجريبية الأكثر تمثيلاً التي كانت تُنسب سابقًا إلى المقاومة المغناطيسية لقاع الدوران أو غيرها من الآليات المرتبطة بتيار الدوران (أو حتى غير ذات الصلة) يمكن، في الواقع، شرحها باستمرار في إطار نظرية MR ذات المتجهين. علاوة على ذلك، فقد قاموا بتلخيص مجموعة من النتائج التجريبية والنظرية التي تتناقض بشدة مع نماذج الرنين المغناطيسي القائمة على التيار المغزلي، ولكن يتم حسابها بشكل طبيعي من خلال آلية الرنين المغناطيسي ذات الاتجاهين.

تتحدى هذه النتائج بشكل أساسي نظرية SMR القديمة والمقبولة على نطاق واسع، مما يوفر أول التحقق التجريبي القوي لنموذج المقاومة المغناطيسية ثنائي الاتجاه. من خلال إنشاء أصل فيزيائي موحد وعالمي لـ UMR، يوفر هذا العمل إطارًا بسيطًا ولكنه شامل لفهم ظواهر المقاومة المغناطيسية في نطاق واسع من الأنظمة الإلكترونية السبينية.

المرجع: “الأصل الفيزيائي للمقاومة المغناطيسية العالمية غير العادية” بقلم Lijun Zhu وQianbiao Liu وXiangrong Wang، 11 يونيو 2025، مراجعة العلوم الوطنية.
دوى: 10.1093/nsr/nwaf240

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.