V magnetických polích jsou skryté strašidelné tvary.
Nejsou vyrobeny z věcí, jako je blesk nebo paprsek světla. Osvětlovací čep nese docela přesně definovanou skupinu elektronů z oblohy až na zem. Sluneční svit, který zasáhne vaši tvář, sestává většinou ze stejných fotonů, které uběhly miliony mil od Slunce.
Ale magnetická pole obsahují věci zvané skyrmiony, které se liší od elektronů a fotonů; skyrmion je uzel linií magnetického pole, které se kolem sebe opakují. Jak se přesouvá z jednoho místa na další, skyrmion se znovu stává z magnetických siločar, které již existují. Uzel drží pohromadě, protože linie magnetického pole odolávají průchodu jeden přes druhého. Takže zatímco skyrmiony jsou nepodstatné a liší se od předmětů, na které jsme zvyklí, jednají jako hmatatelnější věci.
Fyzici nazývají tyto skyrmiony „quasiparticles“ a mají podezření, že by mohli vysvětlit jevy jako nesourodé jako blesky a jadernou strukturu atomu. Nyní, v novém článku, vědci ukázali, že skyrmiony lze plnit do sebe, přičemž získávají zcela nový tvar. Tyto nafouknuté "skyrmionové tašky" jsou fascinující objekty samy o sobě, ale bizarní věci mohou být užitečné i pro futuristické výpočty, uvedli vědci.
Naplňte je v sáčku
Tým odhalil Skyrmionovy tašky v novinách publikovaných 1. dubna v časopise Nature Physics. Výsledek se spoléhá na klíčovou podobnost mezi strašidelnými kvasičásticemi a pevnou hmotou: existenci antičástic.
Stejně jako protony mají protějšky antiprotony, které se navzájem ničí při vzájemném kontaktu, skyrmiony mají antiskyrmiony.
„Antiskyrmion je skyrmion, kde jsou všechna čísla obrácena,“ řekl David Foster, fyzik na University of Birmingham v Anglii a jeden z hlavních autorů nové studie.
Takže pokud by magnetická linie pole směřovala na sever v skyrmionu, směřovala by na jih v antiskyrmionu. Ale antiskyrmiony a skyrmiony se navzájem silně odrazují. To se ukázalo být klíčem k budování skyrmionových tašek, uvedli vědci.
„Pokud vezmu skyrmion a trochu ho natáhnu a vezmu antiskyrmion a umístím ho do středu… nebudou zničeni. Je to stabilní konstrukce,“ řekl Foster Live Science.
A co víc, vědci si uvědomili, že jakmile se protáhne skyrmion, můžete do něj vložit ještě více antiskyrmionů.
A tato realizace, řekl Foster, znovu otevřela dveře šestiletému nápadu, jak uvést skyrmiony do provozu.
Úložiště Skyrmion
V roce 2013 navrhlo trojice vědců v časopise Nature Nanotechnology teoretické „zařízení pro závodní dráhu skyrmionu“.
Myšlenkou bylo, že malé magnetické vzory mohou nabídnout řešení základního problému v návrhu počítače: spotřeby elektřiny.
„Pokud uvažujete o staromódním pevném disku, který je jakýmsi rotujícím diskem, vyžaduje to hodně energie,“ řekl Foster.
Výzkumná nízkoenergetická náhrada navržená vědci v roce 2013 by využila skutečnosti, že velmi malý proud způsobuje rychlé skákání skyrmionů na magnetickém povrchu.
Možná tito vědci navrhli, kdybyste si vzali dlouhý, tenký proužek magnetického materiálu (závodiště) a naložili ho skyrmiony, mohli byste kódovat data do magnetického materiálu v mezerách mezi kvasipartikami. Magnetická čtečka mohla například interpretovat dlouhou mezeru mezi skyrmiony jako binární 1 a krátkou mezeru jako binární 0.
Aby bylo možné načtená data načíst, pak by elektrický proud mohl zatlačit skyrmiony do koloběhu tam a zpět pod magnetickou čtečkou. Pohyb skyrmionů tam a zpět po magnetickém povrchu vyžaduje jen velmi malou sílu, takže výsledné zařízení by mohlo být velmi efektivní.
Ale nápad měl některé základní problémy, řekl Foster. Zatímco skyrmiony jsou poměrně stabilní, mezery mezi nimi nejsou. Postupem času se nedokonalost magnetických proužků zahmulala data, když se skyrmiony pohybovaly tam a zpět.
„Přicházejí magnetická pole s rozptýleným vzduchem.
Jak tašky mohly problém vyřešit
Skutečně zajímavá věc, řekl Foster, je, že skyrmionové tašky neztrácejí antiskyrmiony v průběhu času nebo když přecházejí přes magnetické „rychlostní hrboly“.
Vědci v nové studii napsali spoustu pytlů skyrmionů, psali vědci v nové studii, a počítač mohl zakódovat a načíst data na základě počtu antiskyrmionů v každém pytli, který prochází pod čtečkou.
"Moji kolegové jsou opravdu nadšeni myšlenkou, že byste také mohli tímto způsobem zvýšit hustotu dat," řekl Foster.
Tam, kde se konvenční počítačové úložiště spoléhá pouze na 1 s a 0 s, řekl, že systém skyrmionového vaku by mohl používat 0s, 1s, 2s, 3s atd. To by otevřelo dveře mnohem složitějším formám kódování dat, které by do daného prostoru mohly vložit mnohem více informací, než dokáže tradiční binární metoda.
Test s tekutými krystaly
Zatím se nikomu nepodařilo vyrobit skyrmionovou tašku na magnetickém proužku. Ale po testování konceptu pomocí počítačových simulací se Foster a jeho tým v U.K. obrátili na skupinu vědců na University of Colorado, aby přinesli první známé pytle skyrmionů na svět.
Fyzici obvykle považují skyrmiony za věci, které existují v magnetických polích. Částice však mohou existovat i v jiných látkách, jako jsou tekuté krystaly - zarovnané, tuhé, tyčinkovité molekuly - které vyplňují obrazovky vašeho notebooku a některé mobilní telefony.
S přesnými „optickými pinzetami“, tým University of Colorado (v čele s experimentátorem Ivanem Smalyukhem) „nakreslil“ tašky z skyrmionu do tekutého krystalu, řekl Jung-Shen Tai, student fyziky v laboratoři.
Tyto sáčky skyrmionu zůstaly v krystalické látce nesmazatelné a viditelné, když na ně vědci hleděli mikroskopem. To (spolu s počítačovou simulací) je silným důkazem toho, že tašky s skyrmionem by byly také stabilní v magnetech, řekl Foster.
Zatím nikdo nehlásil, že by stavěl žádná reálná zařízení pro závodní dráhy, natož zařízení pro ukládání dat, která se spoléhají na tašky Skyrmion. Ale taková zařízení se blíží, naléhal Foster.
"Už vím, že lidé na grantech dělají tyto věci," řekl.
