Paul Sparks
0 
3168
293
W polach magnetycznych ukryte są upiorne kształty.
Nie są zrobione z rzeczy w taki sam sposób, jak błyskawica czy promień światła. Błyskawica przenosi dość określoną grupę elektronów z nieba na ziemię. Światło słoneczne padające na twoją twarz składa się w większości 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 tworzy się na nowo z linii pola magnetycznego, które już istnieją. Węzeł trzyma się razem, ponieważ linie pola magnetycznego nie przechodzą przez siebie. Tak więc, chociaż skyrmiony są nieistotne i różnią się od obiektów, o których myślimy, zachowują się jak rzeczy bardziej namacalne. [9 fajnych faktów na temat magnesów]
Fizycy nazywają te skyrmiony „kwazicząstkami” i podejrzewają, że mogą wyjaśnić zjawiska tak odmienne, jak błyskawice kuli i jądrowa struktura atomu. Teraz w nowej pracy naukowcy wykazali, że skyrmiony można wepchnąć jeden w drugi, przyjmując zupełnie nowy kształt. Te nadmuchane „worki skyrmionów” są fascynującymi obiektami same w sobie, ale te dziwaczne rzeczy mogą być również przydatne w futurystycznym przetwarzaniu komputerowym - stwierdzili naukowcy..
Włóż je do torby
Zespół ujawnił worki ze skyrmionami w artykule opublikowanym 1 kwietnia w czasopiśmie Nature Physics. Wynik opiera się na kluczowym podobieństwie między upiornymi kwazicząstkami a materią stałą: istnieniu antycząstek.
Tak jak protony mają swoje odpowiedniki antyprotony, które anihilują się nawzajem w kontakcie ze sobą, tak skyrmiony mają antyskyrmiony.
„Antyskyrmion to skyrmion, w którym wszystkie liczby są odwrócone” - powiedział David Foster, fizyk z University of Birmingham w Anglii i jeden z czołowych autorów nowego badania.
Tak więc, jeśli linia pola magnetycznego wskazuje północ na skyrmionie, w antiskyrmionie wskazywałaby na południe. Ale antyiskyrmiony i skyrmiony silnie się odpychają. Okazało się, że był to klucz do budowy worków skyrmion - stwierdzili naukowcy.
„Jeśli wezmę skyrmion i trochę go rozciągnę, a następnie wezmę antyiskyrmion i umieszczę go pośrodku [skyrmionu]… nie zniszczą. To stabilna konstrukcja” - powiedział Foster .
Co więcej, naukowcy zdali sobie sprawę, że po rozciągnięciu skyrmionu można w nim włożyć jeszcze więcej antyiskyrmionów.
I to uświadomienie sobie, powiedział Foster, ponownie otworzyło drzwi sześcioletniemu pomysłowi wykorzystania skyrmions do pracy.
Przechowywanie w Skyrmion
W 2013 roku trójka naukowców zaproponowała w czasopiśmie Nature Nanotechnology teoretyczne „urządzenie pamięciowe na torze wyścigowym skyrmion”.
Chodziło o to, że małe wzory magnetyczne mogą stanowić rozwiązanie podstawowego problemu w projektowaniu komputerów: zużycia energii elektrycznej.
„Jeśli weźmiesz pod uwagę staromodny dysk twardy, który jest rodzajem wirującego dysku, wymaga on dużo energii” - powiedział Foster.
Proponowana przez naukowców z 2013 r. Wymiana o niskiej mocy wykorzystałaby fakt, że bardzo mały prąd powoduje szybkie przemieszczanie się skyrmionów na powierzchni magnetycznej.
Być może, ci badacze sugerowali, że jeśli weźmiesz długi, cienki pasek materiału magnetycznego (tor wyścigowy) i załadujesz go skyrmionami, możesz zakodować dane w materiale magnetycznym w szczelinach między kwazicząstkami. Czytnik magnetyczny mógłby na przykład zinterpretować długą lukę między skyrmionami jako binarną 1, a krótką jako binarną 0.
Aby odzyskać te zapisane dane, prąd elektryczny mógłby popchnąć skyrmiony do ruchu w przód iw tył pod czytnikiem magnetycznym. Przesuwanie skyrmionów tam iz powrotem wzdłuż powierzchni magnetycznej wymaga bardzo małej mocy, więc powstałe urządzenie może być bardzo wydajne.
Ale pomysł miał kilka podstawowych problemów, powiedział Foster. Chociaż skyrmiony są dość stabilne, luki między nimi nie są. Z biegiem czasu niedoskonałości pasków magnetycznych pomieszały dane, gdy skyrmiony poruszały się tam iz powrotem.
„Pojawiają się zbłąkane pola magnetyczne. A to jest jak progi zwalniające, które pojawiają się i znikają. A wraz z pojawianiem się i znikaniem tych luk, luki między waszymi [skyrmionami] zostaną utracone” - powiedział Foster.
Jak torby mogą rozwiązać problem
Foster powiedział, że naprawdę interesującą rzeczą jest to, że torby skyrmion nie tracą antyiskyrmionów z upływem czasu lub gdy przechodzą przez magnetyczne „progi zwalniające”.
Umieść kilka worków skyrmion na urządzeniu wyścigowym, napisali naukowcy w nowym badaniu, a komputer może zakodować i pobrać dane w oparciu o liczbę antyiskyrmionów w każdej torbie, która przechodzi pod czytnikiem.
„Moi koledzy są naprawdę podekscytowani pomysłem, że można w ten sposób zwiększyć gęstość danych” - powiedział Foster. [9 liczb, które są chłodniejsze od liczby Pi]
Tam, gdzie konwencjonalne przechowywanie komputerów opiera się tylko na jedynkach i zerach, powiedział, system worków skyrmion mógłby używać zer, 1s, 2s, 3s i tak dalej. Otworzyłoby to drzwi do znacznie bardziej złożonych form kodowania danych, które mogłyby umieścić o wiele więcej informacji w danej przestrzeni niż tradycyjna metoda binarna..
Test ciekłokrystaliczny
Nikomu jeszcze nie udało się zrobić torby skyrmion na pasku magnetycznym. Ale po przetestowaniu koncepcji przy użyciu symulacji komputerowych, Foster i jego zespół w Wielkiej Brytanii zwrócili się do grupy naukowców z University of Colorado, aby sprowadzili na świat pierwsze znane torby skyrmionów..
Zazwyczaj fizycy myślą o skyrmionach jako o rzeczach, które istnieją w polach magnetycznych. Ale cząsteczki mogą również istnieć w innych substancjach, takich jak ciekłe kryształy - wyrównane, sztywne cząsteczki przypominające pręciki - które wypełniają ekrany twojego laptopa i niektórych telefonów komórkowych. [Zdjęcia: Wewnątrz najlepszych laboratoriów fizycznych na świecie]
Za pomocą precyzyjnych „optycznych pincet” zespół University of Colorado (kierowany przez eksperymentatora Ivana Smalyukha) „narysował” w ciekłym krysztale worki ze skyrmionami, powiedział Jung-Shen Tai, absolwent fizyki w laboratorium.
Te worki skyrmionów pozostały nieusuwalne w krystalicznej substancji i były widoczne, gdy naukowcy patrzyli na nie przez mikroskopy. To (wraz z symulacją komputerową) jest mocnym dowodem na to, że torby skyrmion byłyby również stabilne w magnesach, powiedział Foster..
Jak dotąd nikt nie zgłosił budowania jakichkolwiek urządzeń do przechowywania torów wyścigowych w świecie rzeczywistym, nie mówiąc już o urządzeniach do przechowywania opartych na torbach skyrmion. Ale takie urządzenia już nadchodzą, nalegał Foster.
„Wiem już, że ludzie pracują nad dotacjami, aby robić takie rzeczy” - powiedział.
- Wacky Physics: Najfajniejsze małe cząsteczki w przyrodzie
- 12 najdziwniejszych obiektów we Wszechświecie
- 7 dziwnych faktów na temat kwarków
Pierwotnie opublikowano w dniu .