روشن و خاموش شدن نانوسیم‌ها با یک مولکول

پژوهشگران آلمانی دریافتند که افزودن یک مولکول منفرد به یک نانوسیم یا حذف آن، می‌تواند خواص مغناطیسی نانوسیم را کاملاً دگرگون سازد. این پدیده که منحصر به نانوساختارهاست ممکن است روزی برای ساختن سوئیچ‌های اتمی یا گیت‌های منطقی به کار رود.

پژوهشگران آلمانی دریافتند که افزودن یک مولکول منفرد به یک نانوسیم یا حذف آن، می‌تواند
خواص مغناطیسی نانوسیم را کاملاً دگرگون سازد. این پدیده که منحصر به
نانوساختارهاست ممکن است روزی برای ساختن سوئیچ‌های اتمی یا گیت‌های منطقی به کار
رود.

این محققان با شبیه‌سازی اثر تعادل اتمی، بر نانوسیم‌های آنتی‌فرومغناطیس که روی یک
سطح فرمغناطیس قرارداشتند، به این نتیجه رسیدند.

آقای سمیر لونیس (Samir Lounis) از مؤسسه‌ی Festkörperforschung می‌گوید: “افزودن
یا کاستن یک اتم از یک جامد حاوی ۱۰۲۳ اتم، تغییری در آن ایجاد نمی‌کند، اما در
مورد نانوساختارها اینچنین نیست. در مقیاس نانومتری، بسته به اینکه تعداد اتم‌های
یک نانوسیم فرد باشد یا زوج، خواص مغناطیسی آن شدیداً تغییر می‌کند.”

او می‌گوید: “با افزودن یا کاستن یک اتم، زوج بودن تعداد اتم‌های نانوسیم تغییر می‌کند
و رفتار مغناطیسی آن از یک حالت به حالت کاملاً برعکس تغییر می‌کند. این اثر نانویی
عجیب در ماکرو و حتی میکروساختارها روی نداده و کاملاً برگشت‌پذیر است.”

تعدا اتم‌های زوج و فرد در یک نانوسیم

این محققان نتایج خود را با استفاده از شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای ab initio بر مبنای
یک نسخه‌ی بازنگری شده از تئوری DTF (Density Functional Theory) به دست آورده‌اند.
این نوع محاسبات صرفاً مبتنی بر قوانین پایه‌ی مکانیک کوانتوم است. آقایان والتر
کان و جان پاپل جایزه‌ی نوبل شیمی سال ۱۹۹۸ را به خاطر این تئوری دریافت کردند

لونیس و همکارانش با تنظیم نیروهای مغناطیسی درون سیم و نیروهای بین سیم و سطح،
توانستند یک دیاگرام فاز ایجاد کنند که آنها را قادر می‌کند که نقطه‌ی ایجاد اثر
تعادل در طول نانوسیم را پیش بینی کنند.

لوئیس می‌گوید: “این اثر، چیزی نیست مگر یک سوئیچ بین دو حالت مغناطیسی بر اثر
افزودن یا کاستن یک اتم. در هارد دیسک‌ها، اطلاعات مغناطیسی به صورت (صفر) و (یک)
ذخیره می‌شود و این دو حالت مغناطیسی در نانوسیم‌ها می‌توانند همان صفر و یک‌ها
باشند. “

این رفتار مغناطیسی نه تنها برای ذخیره‌سازی اطلاعات مناسب است، بلکه می‌تواند برای
ایجاد گیت‌های منطقی از سیم‌های مغناطیسی هم به کار رود. این امر به خاطر مهاجرت
آشفتگی (perturbations) از یک لبه‌ی نانوسیم به لبه‌ی دیگر است. این یک نمونه‌ی
بسیار جالب از انتقال اطلاعات مغناطیسی بین دو نقطه با فاصله‌ی چند نانومتر است.

نتایج این تحقیق در مجله‌ی Physical Review Letters منتشر شده است.