الشبكة اليمنية للعلوم والبيئة (يمن ساينس) موقع يهتم بأخبار العلوم والتكنولوجيا والصحة والبيئة والسكان
مقالات مشابهة
يُعد تحسين كفاءة تحويل الطاقة في الإلكترونيات الكهربائية أمرًا حيويًا لبناء مجتمع مستدام، حيث توفر أشباه الموصلات واسعة الفجوة مثل أجهزة الطاقة المعتمدة على النتريد الغاليوم (GaN) وكربيد السيليكون (SiC) مزايا كبيرة بفضل قدرتها على العمل بترددات عالية. غير أن الخسائر الطاقية في المكونات السلبية عند الترددات العالية تمثل عائقًا أمام تحقيق الكفاءة العالية وتصغير حجم الأجهزة، مما يسلط الضوء على الحاجة إلى مواد مغناطيسية لينة متقدمة تتميز بخسائر طاقية منخفضة.
في دراسة حديثة نُشرت في مجلة Communications Materials، قاد الأستاذ موتسوكو هاتانو من كلية الهندسة بمعهد طوكيو للعلوم فريقًا بحثيًا طور طريقة جديدة لتحليل هذه الخسائر عبر تصوير متزامن لسعة وطور المجالات المغناطيسية المتناوبة (AC) المتسربة، وهو مفتاح لفهم خسائر التحيز المغناطيسي (الهستيريسيس). باستخدام مستشعر كمومي من الألماس يحوي مراكز فراغ نيتروجينية (NV)، وطوّر الفريق بروتوكولين جديدين: تتبع تردد الكيوبت (Qurack) لترددات الكيلو هرتز، وتصوير الهتيروداين الكمومي (Qdyne) لترددات الميغاهرتز، مما أتاح تصوير المجالات المغناطيسية المتناوبة عبر نطاق ترددي واسع. تم تنفيذ الدراسة بالتعاون مع جامعة هارفارد وشركة هيتاشي.
أجرى الباحثون تجربة إثبات المفهوم من خلال تطبيق تيار متناوب على ملف مكوّن من 50 لفة، وتم مسح التردد من 100 هرتز إلى 200 كيلو هرتز باستخدام تقنية Qurack، ومن 237 كيلو هرتز إلى 2.34 ميغاهرتز باستخدام تقنية Qdyne. تمكّنوا من تصوير سعة وطور المجال المغناطيسي وفق قانون أمبير بدقة مكانية عالية (2–5 ميكرومتر) باستخدام مراكز NV، مؤكدين صحة البروتوكولين القياسيين.
وباستخدام هذا النظام التصويري المبتكر، رسم الفريق خريطة متزامنة لسعة وطور المجالات المغناطيسية المتسربة من أفلام رقيقة من نوع CoFeB–SiO₂، التي طورت خصيصًا لمحاثات التردد العالي. أظهرت النتائج أن هذه الأفلام تتمتع بتأخير طور يقارب الصفر حتى تردد 2.3 ميغاهرتز، ما يشير إلى خسائر طاقة ضئيلة على المحور الصعب. كما تبين أن خسائر الطاقة تعتمد على الأنيسوتروبيا المغناطيسية للمادة؛ حيث تزداد تأخيرات الطور مع التردد عند تحفيز المغنطة على المحور السهل، مما يدل على ارتفاع فقدان الطاقة.
تعكس هذه النتائج كيف يمكن استخدام تقنيات الاستشعار الكمومي لتحليل المواد المغناطيسية اللينة العاملة عند ترددات مرتفعة، وهو تحدٍ رئيسي لتطوير أنظمة إلكترونية فائقة الكفاءة. وتعد القدرة على تتبع حركة جدران المجالات المغناطيسية، وهي إحدى آليات المغنطة المرتبطة بفقدان الطاقة، خطوة حاسمة لتحقيق تحسينات عملية مهمة في مجال الإلكترونيات.
وفي المستقبل، يأمل الباحثون في تطوير هذه التقنيات بطرق متعددة، حيث يقول هاتانو: “يمكن تعزيز أداء Qurack من خلال استخدام مولدات إشارات عالية الأداء لتوسيع مدى السعة، كما يمكن تحسين زمن تماسك الدوران وسرعة التحكم في الميكروويف لتوسيع نطاق اكتشاف الترددات في Qdyne.”
ويضيف هاتانو: “إن التصوير المتزامن للسعة والطور لمجالات التيار المتناوب عبر نطاق ترددي واسع يفتح آفاقًا جديدة في تطبيقات الإلكترونيات القوية، والمغناطيسات الكهربائية، والذاكرات غير المتطايرة، وتقنيات الدوران المغناطيسي (spintronics).” ويؤكد أن هذا النجاح يساهم في تسريع تطوير التكنولوجيا الكمومية، خاصة في القطاعات المرتبطة بأهداف التنمية المستدامة ورفاهية الإنسان.
تأسس معهد طوكيو للعلوم في الأول من أكتوبر 2024، إثر اندماج جامعة طوكيو للطب والأسنان وجامعة طوكيو للتكنولوجيا، ويهدف إلى “تطوير العلوم ورفاهية الإنسان لخلق قيمة مجتمعية مشتركة.”
