لمدة قرن تقريباً، رسمت الكتب المدرسية في الفيزياء خطاً واضحاً: المواد إما مغناطيسية حديدية، حيث تشير دورات الإلكترونات كلها في نفس الاتجاه وتنتج مجالاً مغناطيسياً مألوفاً، أو مضادة للمغناطيسية الحديدية، حيث تلغي الدورات المجاورة بعضها البعض ولا يُظهر المادة أي مغنطة إجمالية. صمد هذا الإطار ثنائي الصندوق لما يقرب من تسعين عاماً.
الآن، نشر فريق بقيادة مختبر التسارع الوطني SLAC التابع لوزارة الطاقة الأمريكية، بالعمل مع منشأة الإشعاع السنكروتروني الأوروبية في فرنسا، ما يسميه دليلاً قاطعاً على نوع ثالث. ورد في مجلة Science، يعطي العمل اسم 'المغناطيسية البديلة' لطور مغناطيسي كان موجوداً في الغالب في النظرية حتى الآن.
المادة المحورية في القصة هي تيلورايد المنغنيز، أو MnTe. لعقود، جلس بشكل مريح في درج المواد المضادة للمغناطيسية الحديدية. وفقاً للقواعد القديمة، يجب أن تتناوب دوراته لأعلى-لأسفل-لأعلى-لأسفل وتصل إلى الصفر. ومع ذلك، أظهر أيضاً سمة لطالما اعتبرت حديدية مغناطيسية: القدرة على حمل تيارات الدوران، ونقل المعلومات عبر دوران الإلكترون بدلاً من الشحنة الكهربائية.
كان الدليل الحاسم هو 'الكيرالية'. فكر في يدوية سلم حلزوني أو برغي، شيء لا يمكن تراكبه على صورته في المرآة. افترض الباحثون أن MnTe يخفي بالضبط هذا النوع من عدم التماثل في بنيته المغناطيسية، وأن هذا الالتواء هو التوقيع الذي يفصل المغناطيسات البديلة عن المضادات المغناطيسية الحديدية العادية.
لاختباره، أخذوا العينة إلى خط الشعاع ID32 في ESRF وقصفوها بأشعة سينية مستقطبة دائرياً. الحيلة أنيقة: المادة الكيرالية تبعثر الضوء المستقطب لليسار ولليمين بشكل مختلف، بينما المادة غير الكيرالية تعاملهما بنفس الطريقة. وجد الفريق إشارة كيرالية واضحة حيث يجب أن لا يظهر مضاد مغناطيسي حديدي تقليدي أي إشارة.
لم يكن هذا قياساً في اللحظة الأخيرة. لاحظ المؤلف الرئيسي دانييل يوست أن التجربة الأولى انتهت في 2024 وتكررت في أوائل 2025 مع نتائج متطابقة. هذا النوع من التكرار على مدى أكثر من عام هو ما يجعل الادعاء يصمد. وصفت المؤلفة المشاركة راشيل نيكل، التي ساعدت في تصميم وتشغيل التجربة في ESRF، سرعة التأكيد بأنها ملحوظة.
فما الذي يجعل النوع الثالث مميزاً؟ هندسة البلورة. لا يزال المغناطيس البديل يمتلك دورات متناوبة ولا مغنطة صافية، لكن الشبكة المحيطة بالدورات العلوية مدورة بالنسبة للشبكة حول الدورات السفلية. هذا الالتواء الدقيق يكسر تناظراً ويغير سلوك الإلكترونات، جامعاً مزايا الصنفين القديمين.
هذا بالضبط سبب اهتمام المهندسين. المغناطيسات الحديدية سهلة الاضطراب بالحقول المغناطيسية الخارجية، بينما المضادات المغناطيسية الحديدية هادئة جداً يصعب قراءتها وضعيفة في دفع تيارات الدوران. يجمع المغناطيس البديل بين الاستقرار والقدرة على توليد التيارات المستقطبة دورانياً اللازمة لاستخراج المعلومات.
تقرأ قائمة التطبيقات كمخطط للجيل القادم من الحوسبة: ذاكرة متقدمة، مراكز بيانات أكثر كفاءة في الطاقة، وتقنيات كمية تعتمد على الدوران بدلاً من الشحنة. تكتسب السبينترونيكس، المجال الذي يريد بناء أجهزة من دوران الإلكترون، فضاء تصميمي جديد.
جرعة من الواقعية مبررة. تؤكد الورقة أن هذا السلوك المغناطيسي حقيقي، وليس أن جهازاً عاملاً قاب قوسين أو أدنى. توضح SLAC أن الآلات العملية لم تُثبت، والخطوة التالية هي تعلم التحكم في الحالات المغناطيسية البديلة بالضوء والكهرباء.
دعم العمل جزئياً من قبل مكتب العلوم في وزارة الطاقة، وحدثت قياسات الأشعة السينية الحاسمة على الأراضي الأوروبية. أنهى تعاون عبر الأطلسي وضع مادة صُنفت خطأً لعقود في مكانها الصحيح.
إذا تخيلت المغناطيسية كجدول، كان له صفان لتسعين عاماً. اليوم أُضيف صف ثالث ببعض الثقة. بالنسبة لمعظم الناس، لا شيء يتغير غداً، لكن للعلماء الذين يدرسون كيف تتدفق المعلومات والطاقة عبر المادة، يعني هذا الصف الإضافي مشهداً جديداً بالكامل للبناء فيه.
التعليقات