V magnetnih poljih so skrite duhove.
Niso narejeni iz stvari, kot je strela ali žarek svetlobe. Svetlobni vijak nosi dokaj definirano skupino elektronov z neba vse do tal. Sonce, ki zadene vaš obraz, je večinoma sestavljeno iz istih fotonov, ki so prepotovali milijone kilometrov od sonca.
Toda magnetna polja vsebujejo stvari, imenovane skyrmions, ki se razlikujejo od elektronov in fotonov; skyrmion je vozel magnetnih polj, ki se vijejo drug ob drugem. Ko se od ene do druge točke spušča, se skyrmion na novo izteče iz linij magnetnega polja, ki so že tam. Vozel drži skupaj, ker se črte magnetnega polja upirajo med seboj. Čeprav so skyrmions nepomembni in se razlikujejo od predmetov, o katerih smo navajeni razmišljati, delujejo kot bolj oprijemljive stvari.
Fiziki pravijo te skyrmions "kvazipartikle", in sumijo, da bi lahko razložili pojave tako različno, kot so kroglasta strela in jedrska zgradba atoma. Zdaj so v novem prispevku raziskovalci pokazali, da se lahko skyrmions nadevajo drug v drugega in prevzamejo povsem novo obliko. Ti napihnjeni "skyrmion vrečki" so sami po sebi fascinantni predmeti, vendar bi bizarne stvari lahko bile koristne tudi za futuristično računanje, pravijo raziskovalci.
Zložite jih v vrečko
Ekipa je razkrila skyrmion vrečke v prispevku, objavljenem 1. aprila v reviji Nature Physics. Rezultat se opira na ključno podobnost med srhljivimi kvazi delci in trdno snovjo: obstojem anti delcev.
Tako kot imajo protoni nasprotne antiprotone, ki medsebojno uničujejo stike med seboj, tako tudi skyrmions antiskyrmions.
"Antiskyrmion je skyrmion, kjer so vse številke obrnjene," je dejal David Foster, fizik z univerze v Birminghamu v Angliji in eden vodilnih avtorjev nove študije.
Torej, če bi linija magnetnega polja usmerila proti severu v neba, bi to proti jugu kazala antiskirmijo. Toda antiskyrmions in skyrmions se močno odvrnejo. To se je izkazalo za ključno pri gradnji skyrmion vrečk, so povedali raziskovalci.
"Če vzamem skyrmion in ga nekoliko raztegnem, vzamem antiskrimion in ga postavim v sredino ... se ne bodo uničili. To je stabilna konstrukcija," je za Live Science povedal Foster.
Še več, ugotovili so raziskovalci, ko lahko enkrat raztegnemo skyrmion, lahko vanj nataknemo še več antiskyrmions.
In to spoznanje, je dejal Foster, je spet odprlo vrata šestletni ideji o tem, da bi skyrmions delal na delu.
Shramba Skyrmiona
Leta 2013 je trio raziskovalcev v reviji Nature Nanotechnology predlagal teoretično "spominsko napravo za dirkališče skyrmion".
Ideja je bila, da bi lahko mali magnetni vzorci rešili osnovno težavo v računalniškem oblikovanju: porabo električne energije.
"Če upoštevate staromodni trdi disk, ki je neke vrste vrteči se disk, potrebuje veliko moči," je dejal Foster.
Predlagani raziskovalci iz leta 2013 so nadomestilo z majhno močjo izkoristili dejstvo, da zelo majhen tok povzroči, da se nebesni sunki na magnetni površini hitro zaletavajo.
Mogoče so ti raziskovalci predlagali, če bi vzeli dolg, tanek trak magnetnega materiala (dirkališče) in ga naložil z skyrmions, bi lahko podatke zakodirali v magnetni material v vrzeli med kvazipartikli. Magnetni bralnik bi lahko dolgo vrzel med skyrmions razložil kot binarni 1 in kratek razmik kot binarni 0.
Če želite pridobiti shranjene podatke, bi lahko električni tok potisnil skyrmions v merjenje naprej in nazaj pod magnetni bralnik. Za premikanje skyrmions naprej in nazaj po magnetni površini je potrebno zelo malo energije, tako da bi lahko nastala naprava bila zelo učinkovita.
Toda ideja je imela nekaj osnovnih težav, je dejal Foster. Medtem ko so skyrmioni dokaj stabilni, vrzeli med njimi niso. Sčasoma bi nepopolnosti magnetnih trakov zmedle podatke, ko so se skyrmioni premikali naprej in nazaj.
"Potočna magnetna polja prihajajo. In to je podobno hitrosti, ki se pojavljajo in izginjajo. In ko se pojavijo in izginejo vrzeli, se vrzeli med vašo voljo izgubijo," je dejal Foster.
Kako bi vrečke lahko rešile težavo
Resnično zanimiva stvar, je dejal Foster, je, da vrečice skyrmion s časom ne izgubijo antiskyrmions ali ko preidejo preko magnetnih "hitrih udarcev".
Na napravo za dirkališče položite kup vrečk skyrmion, so zapisali raziskovalci v novi študiji, računalnik pa bi lahko kodiral in dobil podatke na podlagi števila antiskyrmions v vsaki vrečki, ki gredo pod bralnik.
"Moji kolegi so res navdušeni nad idejo, da bi lahko tudi na ta način povečali gostoto podatkov," je dejal Foster.
Če običajna računalniška shramba temelji na samo 1 in 0, je sistem skyrmion vrečk lahko uporabil 0, 1, 2, 3 in tako naprej. To bi odprlo vrata za mnogo bolj zapletene oblike kodiranja podatkov, ki bi lahko v dani prostor vnesle veliko več informacij, kot lahko tradicionalna binarna metoda.
Preizkus tekoče kristalov
Nihče še ni uspel narediti skyrmion vrečke na magnetnem traku. Toda po preizkušanju koncepta z uporabo računalniških simulacij sta se Foster in njegova ekipa v Veliki Britaniji obrnila na skupino raziskovalcev na univerzi v Koloradu, da bi na svet pripeljali prve znane vrečke skyrmion.
Običajno fiziki mislijo na skyrmions kot na stvari, ki obstajajo v magnetnih poljih. Delci pa lahko obstajajo tudi v drugih snoveh, kot so tekoči kristali - poravnane, toge molekule, podobne palicam - ki napolnjujejo zaslone prenosnika in nekaterih mobilnih telefonov.
Z natančnimi "optičnimi pincetami" je ekipa z univerze v Koloradu (na čelu z eksperimentalistom Ivanom Smaljuhom) "narisala" vrečke skyrmion v tekoči kristal, je dejala Jung-Shen Tai, študentka fizike v laboratoriju.
Te vrečke skyrmiona so ostale v kristalni snovi in jih je bilo vidno, ko so raziskovalci pokukali vanj skozi mikroskope. To (skupaj z računalniško simulacijo) je močan dokaz, da bi bile vreče skyrmion stabilne tudi pri magnetih, je dejal Foster.
Do zdaj še nihče ni poročal o gradnji nobenih resničnih shranjevalnih dirkalnih naprav, kaj šele za shranjevalne naprave, ki se zanašajo na skyrmion vrečke. A takšne naprave prihajajo, je vztrajal Foster.
"Že vem, da ljudje delajo na donacijah za to," je dejal.
