Phillip Hopkins
0 
4219
865
Det er spøkelsesaktige former skjult i magnetfelt.
De er ikke laget av ting slik en lyn eller en lysstråle er. En lysbolt bærer en ganske definert gruppe elektroner fra himmelen helt til bakken. Solskinn som treffer ansiktet ditt består stort sett av de samme fotonene som reiste millioner av miles fra solen.
Men magnetfelt inneholder ting som heter skyrmions som er forskjellige fra elektroner og fotoner; en skyrmion er en knute av magnetfeltlinjer som looper rundt hverandre. Når det skyver fra det ene stedet til det neste, gjør en skyrmion seg ny ut av magnetfeltlinjene som allerede er der. Knuten holder seg sammen fordi magnetfeltlinjer motstår å passere gjennom hverandre. Så mens skyrmions er uvæsentlige og forskjellige fra gjenstander vi er vant til å tenke på, fungerer de som mer håndgripelige ting. [9 kule fakta om magneter]
Fysikere kaller disse skyrmionene for "kvasipartikler", og mistenker at de kunne forklare fenomener så forskjellige som ballnedslag og atomens struktur. Nå, i en ny artikkel, viste forskere at skyrmioner kan stappes inni hverandre, og får en helt ny form. Disse oppblåste "skyrmion-posene" er fascinerende gjenstander i seg selv, men de bisarre tingene kan også være nyttige for futuristisk databehandling, sa forskerne.
Stikk dem i en pose
Teamet avslørte skyrmion-posene i et papir publisert 1. april i tidsskriftet Nature Physics. Resultatet er avhengig av en sentral likhet mellom de spøkelsesaktige kvasipartiklene og fast stoff: eksistensen av antipartikler.
Akkurat som protoner har motsatt antiprotoner som ødelegger hverandre ved kontakt med hverandre, har skyrmions antiskyrmions.
"En antiskyrmion er en skyrmion der alle tallene er omgjort," sa David Foster, fysiker ved University of Birmingham i England og en av hovedforfatterne av den nye studien.
Så hvis en magnetfeltlinje peker nordover i en skyrmion, vil den peke sørover i en antiskyrmion. Men antiskyrmions og skyrmions avviser hverandre kraftig. Det viste seg å være nøkkelen til å bygge skyrmion-vesker, sa forskerne.
"Hvis jeg tar en skyrmion og strekker den litt ut og tar en antiskyrmion og plasserer den i midten av den [skyrmion] ... de vil ikke utslette. Det er en stabil konstruksjon," fortalte Foster .
Når mer enn en skyrmion har blitt strukket, kan du tette enda flere antiskyrmions inni den.
Og den erkjennelsen, sa Foster, åpnet døren for en seks år gammel idé om å sette skyrmions på jobb.
Skyrmion lagring
Tilbake i 2013 foreslo en trio av forskere en teoretisk "skyrmion racetrack memory device" i tidsskriftet Nature Nanotechnology.
Tanken var at de små magnetiske mønstrene kan tilby en løsning på et grunnleggende problem innen datamaskindesign: strømforbruk.
"Hvis du vurderer en gammeldags harddisk, som er en slags spinnedisk, tar den mye krefter," sa Foster.
2013-forskernes foreslåtte laveffektutskifting ville dra nytte av det faktum at en veldig liten strøm fører til at skyrmions på en magnetisk overflate skyter raskt langs.
Kanskje, antydet disse forskerne, hvis du tok en lang, tynn stripe med magnetisk materiale (racerbanen) og lastet den med skyrmioner, kan du kode data i magnetmaterialet i hull mellom kvasipartiklene. En magnetisk leser kan for eksempel tolke et langt mellomrom mellom skyrmions som et binært 1 og et kort gap som et binært 0.
For å hente de lagrede dataene, kan en elektrisk strøm skyve skyrmionene til scooting frem og tilbake under en magnetisk leser. Det krever veldig liten kraft å flytte skyrmions frem og tilbake langs en magnetisk overflate, slik at den resulterende enheten kan være veldig effektiv.
Men ideen hadde noen grunnleggende problemer, sa Foster. Mens skyrmions er ganske stabile, er ikke gapene mellom dem. Over tid vil ufullkommenheter i magnetstrimlene blande dataene når skyrmionene beveget seg frem og tilbake.
"Stray magnetiske felt kommer inn. Og dette er som fartshumper som vises og forsvinner. Og med de hullene som dukker opp og forsvinner, vil hullene mellom [skyrmions] dine ha gått tapt," sa Foster.
Hvordan poser kunne løst problemet
Det virkelig interessante her, sa Foster, er at skyrmion-vesker ikke mister antyryrmions over tid eller når de passerer over magnetiske "fartshumper."
Legg en haug med skyrmion-poser på et banesporapparat, skrev forskerne i den nye studien, og en datamaskin kunne kode og hente data basert på antall antiskyrmions i hver pose som passerer under leseren..
"Mine kolleger er veldig begeistret for ideen om at du også kan øke datatettheten på denne måten," sa Foster. [9 tall som er kjøligere enn Pi]
Der konvensjonell datamaskinlagring er avhengig av bare 1 og 0, sa han, kunne et skyrmion-posesystem bruke 0, 1, 2, 3 og så videre. Det ville åpne døren for mye mer komplekse former for datakoding som kan fylle mye mer informasjon inn i et gitt rom enn en tradisjonell binær metode kan.
Væskekrystall-testen
Ingen har enda klart å lage en skyrmion-pose på en magnetlist. Men etter å ha testet konseptet ved hjelp av datasimuleringer, vendte Foster og teamet hans i Storbritannia seg til en gruppe forskere ved University of Colorado for å bringe de første kjente skyrmion-posene til verden.
Typisk tenker fysikere skyrmions som ting som finnes i magnetiske felt. Men partiklene kan også eksistere i andre stoffer, som flytende krystaller - justerte, stive, stavlignende molekyler - som fyller skjermene på den bærbare datamaskinen og noen mobiltelefoner. [Bilder: Inne i verdens beste fysikklaboratorier]
Med presisjons "optisk pinsett", teamet fra University of Colorado (ledet av eksperimentalisten Ivan Smalyukh) "tegnet" skyrmionposer i flytende krystall, sa Jung-Shen Tai, en forskerstudent i fysikk på laboratoriet.
Disse skyrmion-posene forble uutslettelige i det krystallinske stoffet og synlige da forskerne kikket på dem gjennom mikroskop. At (sammen med datasimuleringen) er sterke bevis på at skyrmion-poser også ville være stabile i magneter, sa Foster.
Så langt har ingen rapportert om å bygge noen reelle lagringsenheter for racetrack, enn si lagringsenheter som er avhengige av skyrmion-vesker. Men slike enheter kommer, insisterte Foster.
"Jeg vet allerede at folk jobber med tilskudd for å gjøre disse tingene," sa han.
- Wacky Physics: The Coolest Little Particles in Nature
- De 12 merkeligste objektene i universet
- 7 Merkelige fakta om kvarker
Opprinnelig publisert på .