كيف يمكن للسبينترونيك المتشابك أن يُحوّل الحوسبة

كيف يمكن للسبينترونيك أن يثوّر الحوسبة

Progressively, the world of hardware computing is starting to look beyond silicon chips, or even classical forms of binary computing altogether.

ذلك لأن الرقائق والذاكرة التقليدية في حواسيبنا ومراكز البيانات أصبحت أصعب في التصنيع، حيث أن الجيل الأخير يحتوي على ترانزستورات بحجم بضعة نانومترات فقط.

عامل آخر هو أن استهلاك الطاقة أصبح مشكلة مع استمرار الطلب المتزايد على قوة الحوسبة، خاصةً لأنظمة الذكاء الاصطناعي.

هناك العديد من الحلول المقترحة، حيث يبرز الحوسبة الكمومية والفوتونيات كأكثر الخيارات بروزًا لتقليل الطلب على الحوسبة أو لجعلها أسرع وأقل استهلاكًا للطاقة.

Another is spintronics, which utilizes the spin of electrons, a quantum characteristic, instead of the electric current (the flow of electrons).

المزايا والتطبيقات المحتملة للسبينترونيك

Electronic components, such as transistors, are traditionally built from silicon and rely on semiconductors. The 0 and 1 signals in binary indicate the passing or blocking of an electric current.

طريقة بديلة لأداء الحوسبة هي عبر الأجهزة السبينترونية، التي تعمل على دوران الإلكترونات (خاصية كمومية أساسية) بدلاً من التيار الكهربائي (تدفق الإلكترونات).

المصدر: Insight IAS

يمكن ترميز البيانات في كل من الزخم الزاوي للدوران، الذي يمكن تخيله كاتجاه “أعلى” أو “أسفل” مدمج للإلكترون، والزاوية المدارية التي تصف كيفية تحرك الإلكترونات حول نوى الذرات.

وبما أن هذا يحتوي على معلومات أكثر من مجرد 0 و 1، يمكن للسبين أن يحمل بيانات أكثر لكل ذرة مقارنةً بالإلكترونيات التقليدية.

للسبينترونيك بعض المزايا الأخرى مقارنةً بالأنظمة الإلكترونية الكلاسيكية, notably:

• بيانات أسرع، حيث يمكن تغيير السبين بسرعة أكبر.
• استهلاك طاقة أقل، لأن تعديل السبين يتطلب طاقة أقل من الحفاظ على تدفق الإلكترونات لتوليد التيار.
• يمكن استخدام معادن بسيطة بدلاً من مواد شبه موصلية معقدة.
• السبين أقل تقلبًا من حالة أشباه الموصلات، مما يجعل تخزين البيانات أكثر استقرارًا.

Swipe to scroll →

تم تجاريّتها في رؤوس قراءة الأقراص الصلبة منذ التسعينيات، مما زاد من كثافة التخزين بشكل ملحوظ على مدى العقود الماضية.

“السبين هو خاصية ميكانيكية كمومية للإلكترونات، تشبه المغناطيس الصغير الذي تحمله الإلكترونات، ويتجه إما لأعلى أو لأسفل.

يمكننا الاستفادة من دوران الإلكترونات لنقل ومعالجة المعلومات في ما يُسمّى بأجهزة السبينترونيك.”

Talieh Ghiasi – باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة دلفت للتقنية

تم إحراز تقدم كبير مؤخرًا في السبينترونيك، على سبيل المثال يمكن تحويل فقدان السبين مرة أخرى إلى تمغنط، مما يجعل الإلكترونيات السبينترونية أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة، أو أن السبينترونيك والجرَفِين يمكن أن يوفّران طاقة للدوائر الكمومية من الجيل التالي.

وما زال العلماء يكتشفون طرقًا جديدة لتحسين أجهزة السبينترونيك، مثل الباحثين في جامعة سيول الوطنية (كوريا الجنوبية)، وجامعة كوريا، ومعهد كوريا للعلوم والتقنية، ومدرسة فاينبرغ للطب (الولايات المتحدة). لقد أنشأوا نانوحلزونات مغناطيسية يمكنها التحكم في دوران الإلكترونات، مما قد يخلق مجالًا جديدًا بالكامل من أجهزة ما يُسمّى “السبينترونيك المتشابك”.

They published their results in the prestigious scientific magazine Science¹, under the title “Spin-selective transport through chiral ferromagnetic nanohelices”.

السبينترونيك المتشابك

ما هي التشابك في السبينترونيك؟

In nature, symmetry is a fundamental feature of many things, including the components of DNA and light itself. It is possible that two molecules almost identical to each other differ not in their composition or shape, but in their orientation, a concept called “chirality”.

يمكن شرح التشابك بأبسط صوره كطريقة اختلاف يدنا اليسرى عن اليد اليمنى، رغم أن كلا اليدين متطابقتين في الشكل والبنية والوظيفة.

يلعب التشابك دورًا أساسيًا في علم الأحياء، حيث انتقَت الطبيعة جزيئات DNA والسكر والأحماض الأمينية “اليمنى” فقط.

It is, however, rare in inorganic materials, which tend to either be disorganized or crystals without chirality.

كيف تكتسب المعادن التشابك للسبينترونيك

The scientists managed to create both left- and right-handed chiral magnetic nanohelices by electrochemically controlling the metal crystallization process. An alloy of cobalt-iron was chosen for its ferromagnetic properties.

A key innovation in this process is using trace amounts of chiral organic molecules, such as cinchonine or cinchonidine, which guided the formation of the helices.

“In metals and inorganic materials, controlling chirality during synthesis is extremely difficult, especially at the nanoscale.

The fact that we could program the direction of inorganic helices simply by adding chiral molecules is a breakthrough in materials chemistry.”

Pr. Ki Tae Nam – أستاذ في جامعة سيول الوطنية

To demonstrate the chirality of these nanohelices, they measured electromagnetic fields (EMF) generated by the helices under rotating magnetic fields.

This creates an easy way to test if the material was produced properly, as the left- and right-handed helices produced opposite EMF signals, allowing for quantitative verification of chirality, not requiring the magnetic material to strongly interact with light, the usual way to check for chirality.

More importantly, they discovered that these chiral magnetic metals can also guide the spin accordingly: they preferentially allow one direction of spin to pass, while the opposite spin cannot.

“Chirality is well-understood in organic molecules, where the handedness of a structure often determines its biological or chemical function,”

Pr. Ki Tae Nam – أستاذ في جامعة سيول الوطنية

التطبيقات المحتملة للسبينترونيك المتشابك

Through the material’s inherent magnetization (spin alignment), long-distance spin transport at room temperature became possible.

This effect proved constant, regardless of the angle between the chiral axis and the spin injection direction. As it was not observed in non-magnetic nanohelices of the same scale, it seems to be directly linked to the chiral magnetic helices.

This would make the first-ever discovered asymmetric spin transport in a relatively macro-scaled material.

The team also demonstrated a solid-state device that showed chirality-dependent conduction signals, paving the way for practical spintronic applications.

“These nanohelices achieve spin polarization exceeding ~80% — just by their geometry and magnetism,”

This is a rare combination of structural chirality and intrinsic ferromagnetism, enabling spin filtering at room temperature without complex magnetic circuitry or cryogenics, and provides a new way to engineer electron behavior using structural design.”

Pr. Young Keun Kim – أستاذ في جامعة كوريا

Another advantage of this new technology is that the manufacturing process is relatively simple and cheap, using no rare materials or complex technologies.

“We believe this system could become a platform for chiral spintronics and the architecture of chiral magnetic nanostructures.

This work represents a powerful convergence of geometry, magnetism, and spin transport, built from scalable, inorganic materials.”

Pr. Young Keun Kim – أستاذ في جامعة كوريا

Much more work still needs to be done to fully explore the potential of this new idea and materials. For example, the number of strands (double, multiple helices) can be modified at will, and might yield different characteristics yet to be discovered.

The ability to control the handedness (left/right) and even the number of strands (double, multiple helices) using this versatile electrochemical method is expected to contribute significantly to new application areas.

Pr. Young Keun Kim – أستاذ في جامعة كوريا

Between the ease of production and the possibility of long-distance spin transfer, this could be very useful for the production of fully spin-based computers and networks, with economic advantages from lower energy consumption and stable data storage.

الاستثمار في مبتكري السبينترونيك

1. Everspin Technologies

Everspin is a branch of Freescale (now known as NXP, stock ticker NXPI) dedicated to developing MRAM memory systems, the most common form of spintronics that is commercially viable today. It got spun out and went public in 2016.

تُعتبر Everspin رائدة تقنية MRAM (الذاكرة العشوائية المقاومة للمغناطيسية)، مستفيدةً من خبرة Freescale في أن تكون الأولى التي تج commercialize شريحة MRAM في عام 2006.

Because MRAM is a memory that persists even in the absence of a current, it is increasingly used in sensitive use cases where critical data is too important to risk loss.

Driven by pervasive applications such as data analytics, cloud computing, both terrestrial and extraterrestrial, artificial intelligence (AI), and Edge AI, including Industrial IoT, the market for persistent memory is projected to grow at a CAGR of 27.5% between 2020 and 2030

Everspin

المصدر: Everspin

The company estimates the market will reach a $7.4B size by 2027. The company has had no debt and positive free cash flow since 2021.

Everspin MRAM products are currently occupying a small but growing niche, serving markets where reliability is crucial, like aerospace, satellites, data recorders, patient monitoring devices, etc.

المصدر: Everspin

The growth of chipsets, AI, and synaptic systems might also be a long-term boost for the company.

2. NVE Corporation

Another leader of spintronics, NVE has been working on this technology since its first patent in MRAM technology in 1995. It produces spintronic sensors and isolators, mostly used in measurement and sensor systems for cars, gears, medical devices, power supplies, and other industrial devices.

المصدر: NVE

This puts NVE in a somewhat different category than Everspin, with NVE more of an industrial company with a strong position in a niche market (magnetometer using spintronics), while Everspin is more of a memory/computing company working with and in competition with the likes of Intel (INTC ), Qualcomm (QCOM ), Toshiba, and Samsung, who are also developing their own MRAM product.

It can make the stock more (or less) attractive depending on investors’ profiles, with NVE’s stock more likely to appeal to more conservative investors seeking a dividend yield and safety.

الدراسات المشار إليها

^{1. Yoo Sang Jeon, et al. Spin-selective transport through chiral ferromagnetic nanohelices. Science. 4 Sep 2025. Vol 389, Issue 6764. pp. 1031-1036. DOI: 10.1126/science.adx5963}