حير العلماء 140 عاماً.. العلماء يفكون لغز 'همسات' الذهب
نيسان ـ نشر في 2025-07-21 الساعة 12:50
نيسان ـ نجح العلماء في كشف لغز فيزيائي عمره قرن ونصف من الزمان، وذلك برصد إشارات مغناطيسية في معادن غير مغناطيسية باستخدام الضوء فقط وتقنية ليزر مُطوّرة.
هذه "الهمسات" المغناطيسية الخافتة، التي كانت غير قابلة للرصد سابقاً، أصبحت الآن قابلة للقياس، كاشفةً عن أنماط خفية لسلوك الإلكترونات، وقد يُحدث هذا الاكتشاف ثورةً في كيفية استكشافنا للمغناطيسية في المواد اليومية - دون الحاجة إلى أدوات أو أسلاك ضخمة - وقد يفتح آفاقًا جديدة للحوسبة الكمومية، وتخزين الذاكرة، والإلكترونيات المتقدمة وفق "ديلي جالاكسي".
فباستخدام ليزر أزرق وتعديل ذكي فقط، تمكن الباحثون أخيرًا من "سماع" الإشارات المغناطيسية الخافتة الصادرة عن معادن مثل النحاس والذهب - وهو أمرٌ ظلّ محيراً للعلم منذ القرن التاسع عشر.
طوّر فريق من العلماء طريقةً جديدةً فعّالةً للكشف عن الإشارات المغناطيسية الدقيقة في معادن شائعة كالنحاس والذهب والألمنيوم، وذلك باستخدام الضوء وتقنيةٍ ذكيةٍ فحسب. وقد يُمهّد بحثهم، الذي نُشر مؤخراً في مجلة "ناتشر كوميونيكيشنز" المرموقة ، الطريقَ للتقدم في كل شيء، من الهواتف الذكية إلى الحوسبة الكمومية.
اللغز القديم
عرف العلماء أن التيارات الكهربائية تنحني في المجال المغناطيسي، وهي ظاهرة تُعرف باسم تأثير هول، في المواد المغناطيسية كالحديد، يكون هذا التأثير قوياً ومفهوماً جيداً، أما في المعادن العادية غير المغناطيسية كالنحاس والذهب، فيكون التأثير أضعف بكثير.
قال البروفيسور أمير كابوا: "كان الأمر أشبه بمحاولة سماع همسة في غرفة صاخبة لعقود، كان الجميع يعلم بوجود الهمس، لكن لم يكن لدينا ميكروفون حساس بما يكفي لسماعه".
فك الشفرة
ويضيف: قد تظن أن معادن مثل النحاس والذهب "هادئة" مغناطيسيًا - فهي لا تلتصق بثلاجتك كالحديد"لكن في الواقع، في ظل الظروف المناسبة، تستجيب للمجالات المغناطيسية - ولكن بطرق دقيقة للغاية."
لطالما كان التحدي يكمن في كيفية رصد هذه التأثيرات الضئيلة، وخاصةً باستخدام الضوء في الطيف المرئي حيث تتوفر مصادر الليزر بسهولة، حتى الآن، كانت الإشارة ضعيفة جدًا بحيث يصعب رصدها.
رفع مستوى الصوت على الهمسات المغناطيسية
لحل هذه المشكلة، طوّر الباحثون طريقة تُسمى تأثير كير المغناطيسي البصري (MOKE)، والتي تستخدم الليزر لقياس كيفية تأثير المغناطيسية على انعكاس الضوء، بدمج ليزر أزرق بطول موجة 440 نانومترًا مع تعديل واسع السعة للمجال المغناطيسي الخارجي، عززوا حساسية هذه التقنية بشكل كبير، والنتيجة: تمكنوا من التقاط "أصداء" مغناطيسية في معادن غير مغناطيسية مثل النحاس والذهب والألمنيوم والتنتالوم والبلاتين، وهو إنجاز كان يُعتبر سابقًا شبه مستحيل.
ليزر
يُعد تأثير هول أداةً محوريةً في صناعة أشباه الموصلات وفي دراسة المواد على المستوى الذري، فهو يساعد العلماء على تحديد عدد الإلكترونات في المعدن. لكن في العادة، يتطلب قياس تأثير هول توصيل أسلاك دقيقة بالجهاز، وهي عمليةٌ تستغرق وقتًا طويلاً وتتطلب تعقيدًا، خاصةً عند التعامل مع مكوناتٍ بحجم النانومتر. أما النهج الجديد، فهو أبسط بكثير: فهو يتطلب فقط تسليط ليزر على الجهاز الكهربائي، دون الحاجة إلى أسلاك.
نافذة جديدة
تُقدم هذه التقنية أداةً غير جراحية عالية الحساسية لاستكشاف المغناطيسية في المعادن، دون الحاجة إلى مغناطيسات ضخمة أو ظروف تبريد مُبَرِّدة. ويمكن لبساطتها ودقتها أن تُساعد المهندسين على بناء معالجات أسرع، وأنظمة أكثر كفاءة في استخدام الطاقة، وأجهزة استشعار بدقة غير مسبوقة.
وقال البروفيسور كابوا: "يحول هذا البحث مشكلة علمية عمرها ما يقرب من 150 عامًا إلى فرصة جديدة".
من المثير للاهتمام أن حتى إدوين هول، أعظم العلماء على الإطلاق، والذي اكتشف تأثير هول، حاول قياس تأثيره باستخدام شعاع ضوئي دون جدوى. ويلخص في الجملة الختامية لورقته البحثية البارزة عام 1881: "أعتقد أنه لو كان تأثير الفضة عُشر تأثير الحديد، لكان من الممكن رصد هذا التأثير، ولكن لم يُلاحظ أي تأثير من هذا القبيل.
هذه "الهمسات" المغناطيسية الخافتة، التي كانت غير قابلة للرصد سابقاً، أصبحت الآن قابلة للقياس، كاشفةً عن أنماط خفية لسلوك الإلكترونات، وقد يُحدث هذا الاكتشاف ثورةً في كيفية استكشافنا للمغناطيسية في المواد اليومية - دون الحاجة إلى أدوات أو أسلاك ضخمة - وقد يفتح آفاقًا جديدة للحوسبة الكمومية، وتخزين الذاكرة، والإلكترونيات المتقدمة وفق "ديلي جالاكسي".
فباستخدام ليزر أزرق وتعديل ذكي فقط، تمكن الباحثون أخيرًا من "سماع" الإشارات المغناطيسية الخافتة الصادرة عن معادن مثل النحاس والذهب - وهو أمرٌ ظلّ محيراً للعلم منذ القرن التاسع عشر.
طوّر فريق من العلماء طريقةً جديدةً فعّالةً للكشف عن الإشارات المغناطيسية الدقيقة في معادن شائعة كالنحاس والذهب والألمنيوم، وذلك باستخدام الضوء وتقنيةٍ ذكيةٍ فحسب. وقد يُمهّد بحثهم، الذي نُشر مؤخراً في مجلة "ناتشر كوميونيكيشنز" المرموقة ، الطريقَ للتقدم في كل شيء، من الهواتف الذكية إلى الحوسبة الكمومية.
اللغز القديم
عرف العلماء أن التيارات الكهربائية تنحني في المجال المغناطيسي، وهي ظاهرة تُعرف باسم تأثير هول، في المواد المغناطيسية كالحديد، يكون هذا التأثير قوياً ومفهوماً جيداً، أما في المعادن العادية غير المغناطيسية كالنحاس والذهب، فيكون التأثير أضعف بكثير.
قال البروفيسور أمير كابوا: "كان الأمر أشبه بمحاولة سماع همسة في غرفة صاخبة لعقود، كان الجميع يعلم بوجود الهمس، لكن لم يكن لدينا ميكروفون حساس بما يكفي لسماعه".
فك الشفرة
ويضيف: قد تظن أن معادن مثل النحاس والذهب "هادئة" مغناطيسيًا - فهي لا تلتصق بثلاجتك كالحديد"لكن في الواقع، في ظل الظروف المناسبة، تستجيب للمجالات المغناطيسية - ولكن بطرق دقيقة للغاية."
لطالما كان التحدي يكمن في كيفية رصد هذه التأثيرات الضئيلة، وخاصةً باستخدام الضوء في الطيف المرئي حيث تتوفر مصادر الليزر بسهولة، حتى الآن، كانت الإشارة ضعيفة جدًا بحيث يصعب رصدها.
رفع مستوى الصوت على الهمسات المغناطيسية
لحل هذه المشكلة، طوّر الباحثون طريقة تُسمى تأثير كير المغناطيسي البصري (MOKE)، والتي تستخدم الليزر لقياس كيفية تأثير المغناطيسية على انعكاس الضوء، بدمج ليزر أزرق بطول موجة 440 نانومترًا مع تعديل واسع السعة للمجال المغناطيسي الخارجي، عززوا حساسية هذه التقنية بشكل كبير، والنتيجة: تمكنوا من التقاط "أصداء" مغناطيسية في معادن غير مغناطيسية مثل النحاس والذهب والألمنيوم والتنتالوم والبلاتين، وهو إنجاز كان يُعتبر سابقًا شبه مستحيل.
ليزر
يُعد تأثير هول أداةً محوريةً في صناعة أشباه الموصلات وفي دراسة المواد على المستوى الذري، فهو يساعد العلماء على تحديد عدد الإلكترونات في المعدن. لكن في العادة، يتطلب قياس تأثير هول توصيل أسلاك دقيقة بالجهاز، وهي عمليةٌ تستغرق وقتًا طويلاً وتتطلب تعقيدًا، خاصةً عند التعامل مع مكوناتٍ بحجم النانومتر. أما النهج الجديد، فهو أبسط بكثير: فهو يتطلب فقط تسليط ليزر على الجهاز الكهربائي، دون الحاجة إلى أسلاك.
نافذة جديدة
تُقدم هذه التقنية أداةً غير جراحية عالية الحساسية لاستكشاف المغناطيسية في المعادن، دون الحاجة إلى مغناطيسات ضخمة أو ظروف تبريد مُبَرِّدة. ويمكن لبساطتها ودقتها أن تُساعد المهندسين على بناء معالجات أسرع، وأنظمة أكثر كفاءة في استخدام الطاقة، وأجهزة استشعار بدقة غير مسبوقة.
وقال البروفيسور كابوا: "يحول هذا البحث مشكلة علمية عمرها ما يقرب من 150 عامًا إلى فرصة جديدة".
من المثير للاهتمام أن حتى إدوين هول، أعظم العلماء على الإطلاق، والذي اكتشف تأثير هول، حاول قياس تأثيره باستخدام شعاع ضوئي دون جدوى. ويلخص في الجملة الختامية لورقته البحثية البارزة عام 1881: "أعتقد أنه لو كان تأثير الفضة عُشر تأثير الحديد، لكان من الممكن رصد هذا التأثير، ولكن لم يُلاحظ أي تأثير من هذا القبيل.
