تستخدم المحثات في العديد من الأجهزة مثل الشواحن اللاسلكية، ومن شأن تقنية التحريض الكمومي تقليص حجمها على نحو كبير بما يساهم بدفع هذه التقنية خطوات كبيرة نحو الأمام
أجرى فريق من الفيزيائيين في معهد أبحاث العلوم الطبيعية اليابان “ريكن” دراسةً حول تقليص حجم المحث الكهربائي إلى أبعاد ميكروسكوبية باستخدام تأثيرات كمومية تحت إشراف العالمَين يوشينوري توكورا وتومويوكي يوكويوتشي. ستكون المحثات الجديدة أصغر بحوالي مليون مرة من حجم المحثات التقليدية، ما سيمهد أمام تصنيع شواحن أصغر حجماً للهواتف المحمولة وباقي الأجهزة الإلكترونية.
المحثات الجديد ستكون أصغر بحوالي مليون مرة من حجم المحثات التقليدية
تعدّ المحثات مكوناً أساسياً للدارات الكهربائية الحديثة، وهي تُستخدم ضمن مجموعة واسعة من التطبيقات بما فيها معالجة المعلومات والدارات اللاسلكية والشواحن اللاسلكية المستخدمة في الهواتف الذكية.
يستند عمل المحثات على قانون التحريض الذي وضعه الفيزيائي الإنجليزي مايكل فاراداي في عام 1831، وبالرغم من الأشواط الكبيرة التي قطعها علم الفيزياء منذ ذاك الحين، لا تزال المبادئ الأساسية لعمل هذه العناصر المؤلفة من أسلاك ملفوفة حول نفسها هي ذاتها. على عكس مكونات الدارات الكهربائية الأخرى، كانت عملية تقليص حجم المحثات مهمة صعبة، إذ إن حجم التحريض يتضاءل مع حجم المحثات.
استخدم الفريق آلية جديدة لتوليد التحريض القائم على التأثيرات الكمية. ومن السهل تقليص حجم المحثات التي تعمل وفق هذه الآلية لأن التحريض يزداد بالفعل مع تناقص مساحة المقطع العرضي.
نتائج الدراسة من شأنها ابتكار محثات دقيقة الشكل على أساس الكهرومغناطيسية الناشئة
وفي معرض تعليقه على هذه الدراسة، قال الفيزيائي يوشينوري توكورا: “اكتشفنا التحريض الكهرومغناطيسي على أساس ميكانيكيا الكم. وسيسهم ذلك بفتح الباب أمام فرص كبيرة لتقليص حجم المحثات التي تعتبر من أهم أجزاء الدارات الكهربائية الحديثة”.
اقترح ناوتو ناغاوسا في السابق آلية جديدة كلياً للتحريض الكهرومغناطيسي بناءً على الكهرومغناطيسية الناشئةEmergent Electromagnetism -شكل جديد من الكهرومغناطيسية ينشأ من خواص الميكانيكيا الكمومية لإلكترونات الناقلية ضمن أنظمة هندسية ذات تصميم خاص. وخلال الدراسة الحالية، أدرك فريق العلماء هذا التأثير باستخدام مغناطيس ذو أبعادٍ من رتبة المايكرومتر، أي أصغر من المتر الواحد بحوالي مليون مرة. تأخذ حركة الإلكترون التي تولد المغنطة شكلاً حلزونياً يحاكي التفاف أسلاك المحث التقليدي.
وقد أوضح يوكويوتشي أن نجاح الدراسة يتوقف على الجهود المشتركة في معهد ريكن، إذ قال: “شكل التعاون الوثيق بين الباحثين النظريين والتجريبيين عاملاً مهماً في نجاح هذا المشروع. يمتلك التجريبيون خبرة كبيرة فيما يتعلق بتصنيع مواد كمومية متقدمة”.
يعمل المحث النانوي فقط وسط درجات حرارة منخفضة للغاية، لذلك يبحث العلماء عن مواد ينشط تأثيرها في الحرارة المرتفعة، حيث قال يوكويوتشي: “ينبغي علينا من أجل التطبيقات الفعلية إيجاد مادة تولد التحريض الناشئ وسط درجة حرارة تعادل حرارة الغرفة أو أكثر. وقد بدأت عملية البحث عن العناصر المحتملة”.
تم نشر نتائج البحث الجديد ضمن ورقة علمية في دورية نيتشر Nature.
المصدر: [Phys.org]
