מגנט חדש יוכל להידלק ולכבות בקלות בטמפרטורת החדר

מה הופך מגנט למגנט ומהו השדה המגנטי? רובנו מכירים את המגנטים ואת היישומים הרבים והשונים שלהם - החל מהפתק על המקרר ועד סריקת ה-MRI הרפואית. אולם האם אנחנו מבינים מה גורם לתופעה וכיצד ניתן לשלוט בה?

פיזיקאים פענחו את תופעת המגנטיות עד לגבול מסוים, אולם קבוצה של חוקרים מאוניברסיטת Tohoku ביפן, טרפה את הקלפים כשהציגה באחרונה בכתב העת Science מגנט מסוג חדש שניתן לכבות ולהדליק אותו בקלות בטמפרטורת החדר.

מידת מגנטיות של חומר תלויה בכיווניות של אלקטרונים בתוך האטומים שלו. לאלקטרונים יש תכונה הנקראת "ספין" וקשורה לאופן התנועה שלהם סביב גרעין האטום. לעיתים, הסיבוב הוא כלפי מעלה ולעיתים כלפי מטה. כשרוב האלקטרונים הם באותו כיוון של הספין, החומר הופך מגנטי ויש לו את כל התכונות שאנחנו מכירים - הוא מושך אליו מתכות מסוימות וכן מגנטים אחרים שהאלקטרונים שלהם ערוכים בכיוון ההפוך ודוחה מגנטים הערוכים באותו הכיוון.

קבוצת החוקרים יצרה חומר מגנטי חדש, שהופך מלא-מגנט למגנט ובחזרה כשמעבירים בו מתח חשמלי, גם בטמפרטורת החדר.

החומר מורכב ממוליך למחצה - טיטניום אוקסיד במקרה שתואר - ששולבה בו המתכת קובלט הידועה ביכולת שלה להפוך למגנט. כשנטען החומר במתח חשמלי, התווספו לו אלקטרונים שנוכחותם הובילה ליצירת ספין חד-כיווני. משנעלם המתח, המגנטים חזרו להיות סגסוגת מתכות נטולת כוחות מיוחדים.

פרופ' איגור זוטיק מאוניברסיטת באפלו בארה"ב הוסיף ופרסם, לצד המאמר של הקבוצה היפנית, טור דעה משלו שמסביר את ההשלכות האפשריות של הטכנולוגיה החדשה על עתיד תחום המחשוב. פרופ' זוטיק טוען כי היכולת להדליק ולכבות מגנט היא לא פחות ממהפכה, ולדבריו היא יכולה ליצור פתח לשיטות חדשות של אגירת מידע ושליפתו.

כיום, מידע אגור במתגים - מתג דלוק מסומן בספרה אחת ומתג כבוי בספרה אפס - ורצפים שונים של אפסים ואחדים מתורגמים לייצוג של מספרים, אותיות ופריטי מידע נוספים.

היום המתג הופך מכבוי לדלוק ולהיפך על-ידי כך שמזרימים אלקטרונים לתוכו או מתוכו, פרוצדורה הדורשת אנרגיה לא מעטה ויוצרת חום. לדעת זוטיק, השימוש במגנט כבוי או דלוק יהיה חסכוני יותר באנרגיה וייצור פחות חום.

"עתה, כשהוכחה ההיתכנות של מגנט נדלק ונכבה, ייתכן שנוכל למצוא עוד שיטות ליצור מגנטים כאלה, אפילו שיטות זולות יותר", אמר.

ייתכן, לדבריו, כי ניתן יהיה לעשות זאת באמצעות חום, רעיון שהוצע על-ידי זוטיק כבר ב-2002, אך אותו עדיין לא הצליח לבצע.

בין קוטב אחד לשני

מגנטים ככלי לאגירת מידע אינם קונספט חדש. כבר היום מנוצלים למשימה מגנטים שיכולים להחליף קוטביות לעיתים קרובות.

האתגר בתחום הוא למצוא מגנט שקל לשנות את מצבו בעת כתיבת המידע על הדיסק הקשיח אך לא קל לשנותו כשקוראים את המידע או מעבירים אותו ממקום למקום.

מה שנעשה היום הוא חימום של המגנט כדי לרכך אותו באופן שמאפשר שינוי של הקוטביות שלו, ואז קירור שלו כדי לקבע את השינוי - עניין מסובך יחסית.

באחרונה הציע צוות חוקרים מאוניברסיטת שיקגו שיטה לשינוי מידת היציבות של המגנט באמצעות שדות מגנטיים אחרים באותה הסביבה. טכנולוגיות אלה נמצאות עדיין בפיתוח.

בינתיים בבריטניה, קבוצת חוקרים מאיפיריאל קולג' הצליחה לשבור עוד הנחת יסוד לגבי מגנטיזם.

ידוע, כי למגנט ארוך יש שני קטבים וכי אם נשבור אותו, נקבל שני מגנטים, שלכל אחד מהם שני קטבים. עוד לא פותחה שיטה פשוטה ליצור מגנט שלו קוטב אחד בלבד. ב-2009 הושג היעד רק בחומרים הקרובים לנקודת האפס המוחלט, 270 מעלות צלזיוס מתחת לאפס.

החוקרים יצרו ננו-מגנטים זעירים וסידרו אותם בצורה הדומה לחלת דבש. חלק מהקטבים של המגנטים הזעירים ביטלו אחד את השני וכך נוצר יציר כלאיים של מגנטים שונים המתנהג בשלמותו כמגנט בעל קוטב אחד, בטמפרטורת החדר. עדיין לא ברורות ההשלכות הפרקטיות של הממצא הזה.