Reprezentacja artysty blokujących się pól magnetycznych skyrmiona.
(Zdjęcie: © Science Advances / Creative Commons)
Skyrmion można opisać jako wirującą quasi-cząsteczkę, węzeł skręcających się linii pola lub subatomowy huragan. Są również jedną z najtrudniejszych koncepcji fizycznych dla ludzi do zrozumienia. Wynika to z faktu, że te zaburzenia o rozmiarach nanometrycznych najłatwiej opisać matematycznie, a pomimo tego, że są znane od prawie 60 lat, fizycy dopiero niedawno zaczęli znajdować praktyczne zastosowania dla skyrmionów.
Historia skyrmionów
Skyrmiony zostały nazwane na cześć brytyjskiego fizyka jądrowego Tony'ego Skyrme, który po raz pierwszy zaproponował ich istnienie w 1961 roku. Jego pomysłem było modelowanie bytów subatomowych, takich jak protony i neutrony, za pomocą zawiłych skrętów w polu kwantowym, które posiadają wszystkie cząstki, według American Physical Society. Chociaż koncepcja ta była przydatna na wiele sposobów, na przykład do dokładnego przewidywania niektórych właściwości cząstek podstawowych, takich jak kwarki i gluony, zmagała się z innymi aspektami zachowania jądrowego.
Pomysł został ostatecznie zastąpiony przez teorię znaną jako chromo-dynamika kwantowa, która odniosła większy sukces w modelowaniu cząstek subatomowych. Ale skyrmions zostały przywrócone przez badaczy pracujących na polach magnetycznych, które można również nakłonić do tworzenia wirów podobnych do wirów.
W skyrmionie magnetycznym wiązane linie pola magnetycznego owijają się wokół siebie niczym breloki zaczepiające się na innych brelokach, tworząc kształt w skali nanometra nie da się rozdzielić bez zerwania pierścieni. W polu magnetycznym formacja może dryfować z jednego miejsca do drugiego, wraz z skyrmionem robi się od nowa z linii w dowolnej lokalizacji.
Do czego służą Skyrmions?
Ponieważ skyrmiony są tak małe i stabilne, fizycy są zainteresowani kontrolowaniem tych cząstek podobnych do cząstek w futurystycznych komputerach i pamięciach elektronicznych, według Physics Today. Początkowo badacze mogli wywoływać magnetyczne wzrosty temperatury w materiałach schłodzonych do bardzo niskich temperatur, ale obecnie są one rutynowo wytwarzane w obiektach o temperaturze pokojowej.
Ponieważ utrzymanie i elektroniczny dostęp do danych przechowywanych w skyrmionach magnetycznych wymaga stosunkowo niewielkiej mocy, inżynierowie uważają, że cząstki te mogłyby bardzo wydajne urządzenia pamięciowe. Pojawiająca się dziedzina zwana skyrmionics zajmuje się teraz tworzeniem takich urządzeń nowej generacji.
Skyrmions może również wyjaśnić dziwne i tajemnicze zjawisko znane jako błyskawica - rzadka świecąca kula, która może pojawić się podczas burzy i skakać w powietrzu, znacznie przewyższając bardziej znaną postrzępioną błyskawicę. W 2018 roku zespół zaproponował, aby naturalne procesy, które w jakiś sposób tworzą wirujące węzły powstające w skyrmionach, były tymi samymi, które wytwarzają błyskawice.
Inni badacze zaczęli odnawiać oryginalne modele Skyrme i zmodyfikowali je, aby lepiej wyjaśniać pojęcia z fizyki jądrowej, takie jak przewidywanie zachowania i kształtu jąder.
Dodatkowe zasoby:
- Dowiedz się więcej o wykorzystaniu skyrmions w technologii komputerowej, od Engineering & Technology.
- Dowiedz się więcej o skyrmions jako kolejnej generacji pamięci do przechowywania danych od Berkeley Lab.
- Obejrzyj Co to jest Skyrmion? Z Science News.
