W polach magnetycznych ukryte są upiorne kształty.
Nie są zrobione z rzeczy takich, jak błyskawica lub wiązka światła. Piorun przenosi dość określoną grupę elektronów z nieba aż do ziemi. Słońce, które uderza w twoją twarz, składa się głównie z tych samych fotonów, które przebyły miliony mil od słońca.
Ale pola magnetyczne zawierają rzeczy zwane skyrmionami, które różnią się od elektronów i fotonów; skyrmion to węzeł linii pola magnetycznego zapętlonych wokół siebie. Gdy dryfuje z jednego miejsca do drugiego, skyrmion ponownie powstaje z linii pola magnetycznego, które już tam są. Węzeł utrzymuje się razem, ponieważ linie pola magnetycznego są odporne na przechodzenie przez siebie nawzajem. Tak więc, chociaż skyrmiony są nieistotne i różnią się od przedmiotów, o których zwykliśmy myśleć, zachowują się jak rzeczy bardziej namacalne.
Fizycy nazywają te skyrmiony „quasiparticles” i podejrzewają, że mogą wyjaśnić zjawiska tak odmienne, jak błyskawica i struktura atomowa atomu. Teraz, w nowym artykule, naukowcy wykazali, że skyrmions mogą być wpychane do siebie, przyjmując zupełnie nowy kształt. Te nadmuchane „torby Skyrmiona” same w sobie są fascynującymi przedmiotami, ale dziwne rzeczy mogą być również przydatne w futurystycznych obliczeniach, twierdzą naukowcy.
Włóż je do torby
Zespół ujawnił torby skyrmion w artykule opublikowanym 1 kwietnia w czasopiśmie Nature Physics. Wynik opiera się na kluczowym podobieństwie między widmowymi kwazycząstkami i ciałami stałymi: istnieniem antycząstek.
Podobnie jak protony mają odpowiedniki antyprotonów, które niszczą się nawzajem w kontakcie ze sobą, skyrmiony mają antyiskyrmiony.
„Antiskyrmion to skyrmion, w którym wszystkie liczby są odwrócone” - powiedział David Foster, fizyk z University of Birmingham w Anglii i jeden z głównych autorów nowego badania.
Tak więc, jeśli linia pola magnetycznego wskazuje północ na niebie, wskazywałaby południe na antyskyrmion. Ale antiskyrmiony i skyrmiony silnie odpychają się nawzajem. Naukowcy powiedzieli, że okazało się to kluczem do budowy worków skyrmion.
„Jeśli wezmę skyrmiona i trochę go rozciągnę, wezmę antyskirmion i umieścę go na środku… nie unicestwią. To stabilna konstrukcja”, powiedział Foster dla Live Science.
Co więcej, naukowcy zdali sobie sprawę, że po rozciągnięciu skyrmiona możesz w nim umieścić jeszcze więcej antyskyrmionów.
I ta realizacja, powiedział Foster, ponownie otworzyła drzwi sześcioletniemu pomysłowi wprowadzenia skyrmionów do pracy.
Przechowywanie Skyrmion
W 2013 roku trio badaczy zaproponowało teoretyczne „urządzenie pamięci na torze wyścigowym skyrmion” w czasopiśmie Nature Nanotechnology.
Pomysł polegał na tym, że małe wzory magnetyczne mogą stanowić rozwiązanie podstawowego problemu w projektowaniu komputerów: zużycia energii elektrycznej.
„Jeśli weźmie się pod uwagę przestarzały dysk twardy, który jest rodzajem wirującego dysku, wymaga on dużej mocy” - powiedział Foster.
Zaproponowany przez naukowców z 2013 r. Zamiennik małej mocy wykorzystałby fakt, że bardzo mały prąd powoduje gwałtowne przemieszczanie się rakiet na powierzchni magnetycznej.
Być może ci badacze zasugerowali, że jeśli weźmiesz długi, cienki pasek materiału magnetycznego (tor wyścigowy) i załadujesz go skyrmionami, możesz zakodować dane w materiale magnetycznym w szczelinach między kwazimocząstkami. Czytnik magnetyczny może interpretować na przykład długą przerwę między skyrmionami jako binarną 1, a krótką przerwę jako binarną 0.
Aby odzyskać zapisane dane, prąd elektryczny mógłby popchnąć skyrmiony do skakania tam i z powrotem pod czytnikiem magnetycznym. Przemieszczanie skyrmionów tam iz powrotem wzdłuż powierzchni magnetycznej zajmuje bardzo mało energii, więc powstałe urządzenie może być bardzo wydajne.
Ale pomysł miał kilka podstawowych problemów, powiedział Foster. Podczas gdy skyrmiony są dość stabilne, luki między nimi nie są. Z biegiem czasu niedoskonałości pasków magnetycznych zaburzałyby dane, gdy skyrmiony poruszały się tam iz powrotem.
„Pojawiają się zbłąkane pola magnetyczne. I to jest jak wzrost prędkości, który pojawia się i znika. A kiedy te luki pojawiają się i znikają, luki między waszą wolą zostały utracone” - powiedział Foster.
Jak torby mogłyby rozwiązać problem
Foster powiedział, że naprawdę interesującą rzeczą jest to, że torby skyrmionów nie tracą z czasem antiskyrmionów lub gdy przechodzą przez magnetyczne „uderzenia prędkości”.
Naukowcy z nowego badania napisali kilka worków skyrmionowych na torze wyścigowym, a komputer może kodować i wyszukiwać dane na podstawie liczby antyskyrmionów w każdej torbie, która przechodzi pod czytnikiem.
„Moi koledzy są bardzo podekscytowani pomysłem, że można w ten sposób zwiększyć gęstość danych” - powiedział Foster.
Powiedział, że tam, gdzie konwencjonalna pamięć komputerowa opiera się tylko na jedynkach i zerach, system worków skyrmion może używać zer, 1, 2, 3 i tak dalej. Otworzyłoby to drzwi do znacznie bardziej złożonych form kodowania danych, które mogłyby wrzucić o wiele więcej informacji do danej przestrzeni niż tradycyjna metoda binarna.
Test ciekłokrystaliczny
Nikomu jeszcze nie udało się zrobić torby skyrmion na pasku magnetycznym. Ale po przetestowaniu koncepcji za pomocą symulacji komputerowych Foster i jego zespół z Wielkiej Brytanii zwrócił się do grupy naukowców z University of Colorado, aby wprowadzić na świat pierwsze znane torby Skyrmion.
Zazwyczaj fizycy uważają skyrmions za rzeczy istniejące w polach magnetycznych. Ale cząsteczki mogą również istnieć w innych substancjach, takich jak ciekłe kryształy - wyrównane, sztywne, podobne do prętów cząsteczki - które wypełniają ekrany laptopa i niektórych telefonów komórkowych.
Za pomocą precyzyjnych „szczypiec optycznych” zespół Uniwersytetu Kolorado (kierowany przez eksperymentatora Ivana Smalyukha) „wyciągnął” torby Skyrmiona w ciekły kryształ, powiedział Jung-Shen Tai, absolwent fizyki w laboratorium.
Te worki kosmiczne pozostały nieusuwalne w krystalicznej substancji i widoczne, gdy badacze przyglądali się im przez mikroskopy. To (wraz z symulacją komputerową) jest mocnym dowodem na to, że torby Skyrmiona będą również stabilne w magnesach, powiedział Foster.
Do tej pory nikt nie zgłosił budowy urządzeń do przechowywania torów wyścigowych w prawdziwym świecie, nie mówiąc już o urządzeniach pamięci masowej opartych na torbach skyrmion. Ale takie urządzenia nadchodzą, nalegał Foster.
„Wiem już, że ludzie pracują nad dotacjami na te rzeczy” - powiedział.
