علماء يحولون (ذهب الحمقى) إلى مادة ثمينة

سواليف

طوال قرون، حمل معدن البيريت لقبا ساخرا، وهو 'ذهب الحمقى'، لأنه يلمع بلون أصفر معدني يخدع أعين المنقبين، فيظنه بعضهم ذهبا، ثم يكتشفون أنه ليس إلا كبريتيد الحديد، وهو معدن وفير ورخيص لا يحمل القيمة الاقتصادية نفسها للمعدن النفيس.

لكن العلم، كما يحدث كثيرا، يستطيع أن يعيد تعريف القيمة، فما كان في الماضي رمزا للخداع المعدني، قد يصبح اليوم مرشحا لدور مهم في ذاكرات الحاسوب المستقبلية، والأجهزة الإلكترونية الأقل استهلاكا للطاقة، بحسب دراسة نشرت مؤخرا في دورية 'ساينس أدفانسز' (Science Advances)، حيث نجح فريق من جامعة مينيسوتا في تحويل البيريت، أو كبريتيد الحديد، من مادة غير مغناطيسية إلى مادة مغناطيسية باستخدام الكهرباء فقط.

والأكثر إثارة أن التحول كان قابلا للعكس، أي إن المادة تصبح مغناطيسية عند تطبيق جهد كهربائي، ثم تعود إلى حالتها غير المغناطيسية عند إزالة هذا الجهد.

لفهم أهمية الأمر، يجب أولا أن نعرف أن المغناطيسية ليست مجرد خاصية لطيفة نراها في مغناطيس الثلاجة، ففي عالم التكنولوجيا، تعد هذه الخاصية أساسا مهما في تخزين البيانات، فالأقراص الصلبة القديمة، وبعض تقنيات الذاكرة الحديثة، تعتمد على التحكم في حالات مغناطيسية مختلفة لتمثيل المعلومات.

لكن التحكم في المغناطيسية يحتاج غالبا إلى طاقة، وكلما أمكن فعل ذلك بجهد كهربائي صغير وبتيار ضعيف، اقتربنا من أجهزة ذاكرة أسرع وأبرد وأكثر كفاءة.

سر البيريت

الفريق البحثي كان يدرس البيريت منذ سنوات طويلة، ليس بوصفه مادة مغناطيسية، بل باعتباره مرشحا محتملا لصناعة خلايا شمسية رخيصة وغير سامة. فالحديد والكبريت عنصران وافران، والكبريت خصوصا ينتج بكميات كبيرة بوصفه ناتجا جانبيا في صناعة البترول.

غير أن البيريت لم يحقق بعد الكفاءة المطلوبة في الخلايا الشمسية. في الوقت نفسه، كان فريق آخر من الباحثين يعمل في مجال يسمى المغناطيسية الأيونية ، وهو مجال يحاول استخدام الجهد الكهربائي للتحكم في الخصائص المغناطيسية للمواد. ومن تقاطع هذين المسارين جاءت الفكرة بتحويل البيريت نفسه إلى حالة مغناطيسية.

وبحسب الدراسة، وضع الباحثون عينة من كبريتيد الحديد غير المغناطيسي داخل جهاز يلامس محلولا أيونيا، أي سائلا يحتوي على جسيمات مشحونة.

بعد ذلك، قارن الباحثون هذا المحلول، من باب التبسيط، بمشروب رياضي غني بالأيونات. ثم طبقوا جهدا كهربائيا صغيرا جدا، في حدود 1 فولت، أي أقل من جهد بطارية منزلية شائعة.

هذا الجهد دفع جزيئات موجبة الشحنة إلى السطح الفاصل بين المحلول والبيريت، ما أدى إلى تراكم إلكترونات داخل المادة. وعندما وصلت كثافة الإلكترونات إلى حد معين، ظهرت خاصية المغناطيسية الحديدية، وهي أهم صور المغناطيسية من الناحية التقنية.

ما حدث هنا يشبه، على نحو مبسط، أن تكون المادة ساكنة مغناطيسيا، ثم نحقنها بشحنة كافية فتتغير شخصيتها الداخلية.

تطبيقات واعدة

الأجمل في التجربة أنها ليست تغييرا دائما أو تخريبا للمادة، بحسب الدراسة، فعندما أوقف الباحثون الجهد الكهربائي، اختفت المغناطيسية وعاد البيريت إلى حالته الأصلية غير المغناطيسية.

هذا التفصيل مهم للغاية، لأن التطبيقات الإلكترونية تحتاج إلى مواد يمكن تشغيلها وإيقافها والتحكم فيها مرارا، لا مواد تتغير مرة واحدة ثم تنتهي.

هذه النقطة تفتح بابا واسعا أمام صناعة الذاكرة الحاسوبية. في الأجهزة الحالية، يمثل استهلاك الطاقة مشكلة كبرى، خصوصا مع مراكز البيانات والذكاء الاصطناعي والهواتف والأجهزة القابلة للارتداء.

كل عملية تخزين وقراءة ونقل للبيانات تستهلك قدرا من الطاقة وتولد حرارة، وإذا تمكن المهندسون من تصميم مواد مغناطيسية يمكن التحكم فيها بجهد كهربائي صغير ودون تيارات كبيرة، فقد نحصل مستقبلا على ذاكرات أكثر كفاءة وأقل سخونة، وربما أكثر ملاءمة للحوسبة منخفضة الطاقة.

مع ذلك، لا يعني الاكتشاف أن أجهزة الحاسوب ستصنع غدا من 'ذهب الحمقى'، لايزال الباحثون بحاجة إلى اختبار العملية عند درجات حرارة أعلى، ومحاولة تكرارها في مواد أخرى، ثم الانتقال من إثبات الفكرة داخل المختبر إلى جهاز عملي قابل للتصنيع.

المصدر: الجزيرة + وكالات