Fizicienii au umplut un „Skyrmion” fantomatic plin de „Antiskyrmions”

Există forme fantomate ascunse în câmpuri magnetice.

Nu sunt făcute din chestii așa cum este un fulger sau un fascicul de lumină. Un șurub de iluminare poartă un grup destul de definit de electroni de la cer până la sol. Soarele care îți lovește fața constă în cea mai mare parte din aceeași fotoni care au parcurs milioane de kilometri de soare.

Dar câmpurile magnetice conțin lucruri numite skyrmions care sunt diferite de electroni și fotoni; un skyrmion este un nod de linii de câmp magnetic care se leagă între ele. Pe măsură ce se abate de la un loc la altul, un skyrmion se face din nou în afara liniilor de câmp magnetic care sunt deja acolo. Nodul se ține împreună, deoarece liniile de câmp magnetic rezistă să treacă una de alta. Deci, în timp ce skyrmionii sunt nesubstanțiali și diferiți de obiectele la care suntem obișnuiți să ne gândim, ele acționează ca lucruri mai tangibile. [9 Date interesante despre magneți]

Fizicienii numesc acești skyrmions „cvasiparticule” și suspectează că ar putea explica fenomene la fel de disparate precum fulgerul cu bile și structura nucleară a unui atom. Acum, într-o nouă lucrare, cercetătorii au arătat că skyrmions pot fi umplute unul în celălalt, luând o formă complet nouă. Aceste „pungi skyrmion” pline sunt obiecte fascinante la propriu, dar lucrurile bizare ar putea fi utile și pentru calculatoare futuriste, au spus cercetătorii.

Îi bag într-o pungă

Echipa a dezvăluit gențile skyrmion într-o lucrare publicată pe 1 aprilie în revista Nature Physics. Rezultatul se bazează pe o asemănare cheie între cvasiparticulele fantomate și materia solidă: existența antiparticulelor.

La fel ca protonii au antiprotone contrapartide, care se anihilează reciproc la contactul cu celălalt, skyrmionii au antiskyrmions.

"Un antiskyrmion este un skyrmion în care se inversează toate numerele", a spus David Foster, fizician la Universitatea din Birmingham din Anglia și unul dintre autorii principali ai noului studiu..

Deci, dacă o linie de câmp magnetic indică nordul într-un skyrmion, ar îndrepta spre sud într-un antiskyrion. Dar antiskyrmions și skyrmions se resping cu putere. Acestea s-au dovedit a fi cheia construirii de saci de skyrmion, au spus cercetătorii.

"Dacă iau un skyrmion și îl întind puțin și iau un antiskyrmion și îl așez în centrul acestuia [skyrmion] ... nu se vor anihila. Este o construcție stabilă", a spus Foster .

Mai mult, cercetătorii și-au dat seama că, odată ce s-a întins un skyrmion, puteți umple și mai multe antiskyrmions în el.

Și această realizare, a spus Foster, a deschis din nou ușa unei idei vechi de șase ani despre punerea pe schiuri a muncii.

Depozitare Skyrmion

În 2013, un trio de cercetători a propus un „teoretic dispozitiv de memorie cu hipodrom” în revista Nanotehnologie.

Ideea era că micile tipare magnetice ar putea oferi o soluție la o problemă de bază în proiectarea computerului: consumul de energie electrică.

"Dacă luați în considerare un hard disk de modă veche, care este un fel de disc învârtit, este nevoie de multă putere", a spus Foster.

Cercetătorii din 2013, înlocuiți cu puteri reduse, ar profita de faptul că un curent foarte mic determină scyrionii de pe o suprafață magnetică să scoată rapid.

Poate că acei cercetători au sugerat, dacă luați o bandă lungă și subțire de material magnetic (hipodromul) și o încărcați cu skyrmions, puteți codifica date în materialul magnetic în goluri dintre cvasiparticule. Un cititor magnetic ar putea interpreta un decalaj lung între skyrmions ca un binar 1 și un gol scurt ca un binar 0, de exemplu.

Pentru a prelua aceste date stocate, un curent electric ar putea arunca skyrmions-urile să scoată înainte și înapoi sub un cititor magnetic. Este nevoie de foarte puțină putere pentru a muta skyrmions înainte și înapoi de-a lungul unei suprafețe magnetice, astfel încât dispozitivul rezultat ar putea fi foarte eficient.

Dar ideea a avut câteva probleme de bază, a spus Foster. În timp ce skyrmions sunt destul de stabile, lacunele dintre ele nu sunt. De-a lungul timpului, imperfecțiunile din benzile magnetice ar încurca datele pe măsură ce skyrmionii se deplasau înainte și înapoi.

"Câmpurile magnetice rătăcite intră. Și acesta este ca niște bumps-uri de viteză care apar și dispar. Și odată cu apariția și dispariția acestor goluri, golurile dintre [skyrmions] dvs. s-ar fi pierdut", a spus Foster..

Cum pungile ar putea rezolva problema

Lucrul cu adevărat interesant aici, a spus Foster, este că pungile skyrmion nu pierd antiskyrmions în timp sau atunci când trec peste „lovituri de viteză” magnetice.

Puneți o grămadă de pungi de skyrmion pe un dispozitiv de cuplare, au scris cercetătorii din noul studiu, iar un computer ar putea codifica și recupera date pe baza numărului de antiskyrmions din fiecare pungă care trec sub cititor.

„Colegii mei sunt foarte încântați de ideea că, de asemenea, puteți crește densitatea datelor”, a spus Foster. [9 numere care sunt mai reci decât Pi]

În cazul în care stocarea computerului convențional se bazează doar pe 1s și 0s, a spus el, un sistem de sac de skyrmion ar putea folosi 0s, 1s, 2s, 3s și așa mai departe. Acest lucru ar deschide ușa către forme mult mai complexe de codificare a datelor care ar putea să aducă mult mai multe informații într-un spațiu dat decât o metodă binară tradițională poate.

Testul cu cristale lichide

Nimeni nu a reușit încă să facă o geantă skyrmion pe o bandă magnetică. Însă, după ce au testat conceptul folosind simulări pe computer, Foster și echipa sa din U.K. s-au îndreptat către un grup de cercetători de la Universitatea din Colorado pentru a aduce primele saci skyrmion în lume.

În mod obișnuit, fizicienii cred că skyrmions sunt lucruri care există în câmpuri magnetice. Dar particulele pot exista și în alte substanțe, cum ar fi cristalele lichide - molecule aliniate, rigide, asemănătoare cu tije - care umplu ecranele de pe laptop și unele telefoane mobile. [Imagini: În interiorul celor mai bune laboratoare de fizică din lume]

Cu „penseta optică de precizie”, echipa Universității din Colorado (condusă de experimentistul Ivan Smalyukh) a „atras” pungi de skyrmion în cristalul lichid, a spus Jung-Shen Tai, un student absolvent de fizică în laborator..

Aceste pungi skyrmion au rămas de neșters în substanța cristalină și au fost vizibile când cercetătorii le-au privit prin microscopuri. Aceasta (împreună cu simularea computerului) este o dovadă puternică că pungile skyrmion ar fi, de asemenea, stabile în magneți, a spus Foster.

Până în prezent, nimeni nu a raportat să construiască dispozitive de stocare a hipodromelor, cu atât mai puțin dispozitivele de depozitare bazate pe pungile skyrmion. Dar astfel de dispozitive vin, a insistat Foster.

"Știu deja că oamenii lucrează la subvenții pentru a face aceste lucruri", a spus el.

• Fizica dezolantă: Cele mai cool particule mici din natură
• Cele 12 cele mai ciudate obiecte din univers
• 7 fapte ciudate despre Quarks

Publicat inițial la .