صمام الدوران
صمام الدوران هو جهاز يتكون من مادتين مغناطيسيتين موصلتين أو أكثر، تتغير مقاومته الكهربائية بين قيمتين تبعًا لمحاذاة التمغنط في طبقاته. وينتج هذا التغير في المقاومة عن تأثير المقاومة المغناطيسية العملاقة . تصطف الطبقات المغناطيسية للجهاز "لأعلى" أو "لأسفل" تبعًا لمجال مغناطيسي خارجي . في أبسط الحالات، يتكون صمام الدوران من مادة غير مغناطيسية محصورة بين مادتين مغناطيسيتين حديديتين ، إحداهما مثبتة بواسطة مادة مضادة للمغناطيسية تعمل على رفع إكراهها المغناطيسي وتتصرف كطبقة "صلبة"، بينما الأخرى حرة (غير مثبتة) وتتصرف كطبقة "لينة". نظرًا لاختلاف الإكراه، تغير الطبقة اللينة قطبيتها عند شدة مجال مغناطيسي أقل من الطبقة الصلبة. عند تطبيق مجال مغناطيسي مناسب، تعكس الطبقة اللينة قطبيتها، مما ينتج حالتين متميزتين: حالة متوازية ذات مقاومة منخفضة، وحالة مضادة للتوازي ذات مقاومة عالية. يُنسب اختراع صمامات الدوران إلى الدكتور ستيوارت باركين [ 1 ] وفريقه في مركز أبحاث آي بي إم ألمادن . ويشغل الدكتور باركين حاليًا منصب المدير الإداري لمعهد ماكس بلانك لفيزياء البنية المجهرية في هاله، ألمانيا.
كيف يعمل؟
تعمل صمامات الدوران بفضل خاصية كمومية للإلكترونات (والجسيمات الأخرى) تُسمى الدوران . نتيجةً لاختلاف كثافة حالات الإلكترونات عند مستوى فيرمي في المواد المغناطيسية الحديدية، يوجد استقطاب دوراني صافٍ. لذا، يحمل التيار الكهربائي المار عبر مادة مغناطيسية حديدية شحنةً ومركبة دوران. في المقابل، يحتوي المعدن العادي على عدد متساوٍ من الإلكترونات ذات الدوران العلوي والسفلي، لذا، في حالات التوازن، يمكن لهذه المواد أن تتحمل تيارًا كهربائيًا بمركبة دوران صافية صفرية. مع ذلك، عند تمرير تيار من مادة مغناطيسية حديدية إلى معدن عادي، يُمكن نقل الدوران. بالتالي، يمكن للمعدن العادي نقل الدوران بين مواد مغناطيسية حديدية منفصلة، شريطة أن يكون طول انتشار الدوران كافيًا .
يعتمد انتقال اللف المغزلي على اصطفاف العزوم المغناطيسية في المواد المغناطيسية الحديدية. فعند مرور تيار كهربائي في مادة مغناطيسية حديدية يكون فيها اللف المغزلي السائد للأعلى، على سبيل المثال، فإن الإلكترونات ذات اللف المغزلي للأعلى ستمر دون عوائق تُذكر، بينما الإلكترونات ذات اللف المغزلي للأسفل إما أن "تنعكس" أو تتشتت بفعل انقلاب اللف المغزلي إلى اللف المغزلي للأعلى عند اصطدامها بالمادة المغناطيسية الحديدية، وذلك للوصول إلى حالة طاقة فارغة في المادة الجديدة. وبالتالي، إذا كانت كلتا الطبقتين، الثابتة والحرة، مستقطبتين في نفس الاتجاه، فإن الجهاز يتميز بمقاومة كهربائية منخفضة نسبيًا، بينما إذا عُكس اتجاه المجال المغناطيسي المطبق وانعكست قطبية الطبقة الحرة أيضًا، فإن الجهاز يتميز بمقاومة أعلى نظرًا للطاقة الإضافية اللازمة لتشتت انقلاب اللف المغزلي.
طبقات مضادة للمغناطيسية وغير مغناطيسية
يلزم وجود طبقة مضادة للمغناطيسية لتثبيت إحدى الطبقات المغناطيسية الحديدية (أي جعلها ثابتة أو صلبة مغناطيسيًا). وينتج هذا عن طاقة اقتران تبادلية سالبة كبيرة بين المواد المغناطيسية الحديدية والمواد المضادة للمغناطيسية الحديدية المتلامسة.
الطبقة غير المغناطيسية مطلوبة لفصل الطبقتين المغناطيسيتين بحيث تظل إحداهما على الأقل حرة (ناعمة مغناطيسيًا).
صمامات الدوران الزائفة
تتشابه المبادئ التشغيلية الأساسية لصمام الدوران الزائف مع تلك الخاصة بصمام الدوران العادي، ولكن بدلاً من تغيير الإكراه المغناطيسي للطبقات المغناطيسية الحديدية المختلفة عن طريق تثبيت إحداها بطبقة مضادة للمغناطيسية الحديدية، فإن الطبقتين مصنوعتان من مواد مغناطيسية حديدية مختلفة ذات إكراه مغناطيسي مختلف، على سبيل المثال، NiFe و Co. تجدر الإشارة إلى أن الإكراه المغناطيسي هو إلى حد كبير خاصية خارجية للمواد، وبالتالي يتم تحديده من خلال ظروف المعالجة.
التطبيقات
تُستخدم صمامات الدوران في أجهزة الاستشعار المغناطيسية ورؤوس قراءة الأقراص الصلبة . [ 2 ] كما تُستخدم أيضًا في ذاكرة الوصول العشوائي المغناطيسية ( MRAM ).
انظر أيضاً
روابط خارجية
مراجع
- ↑ "الفيزيائي ستيوارت باركين، الحائز على ميدالية الجمعية الفيزيائية الأمريكية، يتحدث عن العصر الرقمي و"تجاوز الحدود"" . aps.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2024-05-02 .
- ↑ "أبحاث المواد والظواهر في مجال الإلكترونيات الدورانية" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 10 مايو 2012. تم الاطلاع عليه بتاريخ 13 يناير 2012 .
- الإلكترونيات الكمومية
- الإلكترونيات الدورانية