U magnetskim se poljima kriju sablasni oblici.
Nisu izrađeni od stvari na način na koji je grom ili svjetlosni snop. Vijak za osvjetljenje nosi prilično definiranu skupinu elektrona s neba sve do zemlje. Sunčeva svjetlost koja vam udara lice sastoji se uglavnom od istih fotona koji su prešli milione kilometara od sunca.
Ali magnetska polja sadrže stvari zvane skyrmions koje se razlikuju od elektrona i fotona; skyrmion je čvor linija magnetskog polja koje se petljaju jedna oko druge. Dok lebdi s jednog mjesta na drugo, nebeski se iznova stvara iz magnetskih polja koje su već tamo. Čvor se drži zajedno jer se linije magnetskog polja opiru prolazu jedna preko druge. Dakle, dok su skyrmioni nebitni i različiti od objekata na koje smo navikli razmišljati, djeluju kao opipljivije stvari.
Fizičari nazivaju ove skyrmions "kvazi česticama", a sumnjaju da bi mogli objasniti fenomene različiti poput kuglane munje i nuklearne strukture atoma. Sada su, u novom radu, istraživači pokazali da se skyrmioni mogu ugurati jedan u drugog, poprimajući potpuno novi oblik. Ove napuhane "skyrmion torbe" same su po sebi fascinantni predmeti, ali bizarne bi stvari mogle biti korisne i za futurističko računanje, rekli su istraživači.
Stavite ih u torbu
Tim je otkrio skyrmion vreće u radu objavljenom 1. travnja u časopisu Nature Physics. Rezultat se oslanja na ključnu sličnost između sablasnih kvazičestica i čvrste materije: postojanje antičestica.
Baš kao što protoni imaju protuprotene koji se međusobno uništavaju u međusobnom dodiru, tako i skyrmioni imaju antiskrimione.
"Antiskyrmion je skyrmion u kojem su svi brojevi obrnuti", rekao je David Foster, fizičar sa Sveučilišta u Birminghamu u Engleskoj i jedan od vodećih autora nove studije.
Dakle, ako linija magnetskog polja usmjerava sjever prema nebeskom sionu, to bi usmjerila na jug prema antiskirmiji. Ali antiskrimioni i skyrmioni snažno se odbijaju. Pokazalo se da je to ključno za izgradnju skyrmionskih vreća, rekli su istraživači.
"Ako uzmem skyrmion i malo ga ispružim, uzmem antiskrimion i postavim ga u središte ... neće se uništiti. To je stabilna konstrukcija", rekao je Foster za Live Science.
Štoviše, shvatili su istraživači, nakon što se nebeski nebeski dio proteže, u njega možete ugurati još više antiskirmija.
I ta je realizacija, rekao je Foster, ponovno otvorila vrata šestogodišnjoj ideji o postavljanju skyrmionsa na posao.
Skladište Skyrmion
Još 2013. godine trio istraživača predložio je teorijski "memory skyrymion memory track device" u časopisu Nature Nanotechnology.
Ideja je bila da mali magnetski obrasci mogu ponuditi rješenje osnovnog problema u dizajnu računala: potrošnje električne energije.
"Ako smatrate staromodni tvrdi disk, koji je svojevrsni vrti disk, potrebno je puno energije", rekao je Foster.
Predložena zamjena niske snage istraživača iz 2013. koristila bi činjenicu da vrlo mala struja uzrokuje da se skokovi na magnetskoj površini brzo vrte.
Možda su ti istraživači sugerirali da ako uzmete dugu, tanku traku magnetskog materijala (trkalište) i napunite je skyrmionsom, možete kodirati podatke u magnetski materijal u prazninama između kvaziparticija. Magnetski čitač mogao bi protumačiti dugi jaz između skyrmiona kao binarni 1, a kratki jaz kao binarni 0.
Da bi se zatim pohranili pohranjeni podaci, električna struja mogla bi gurnuti skyrmions-ove u snimanje napred-nazad pod magnetskim čitačem. Potrebno je vrlo malo snage za pomicanje skyrmiona naprijed i nazad duž magnetske površine, tako da bi rezultirajući uređaj mogao biti vrlo učinkovit.
Ali ideja je imala nekih osnovnih problema, rekao je Foster. Iako su skyrmioni prilično stabilni, jaz između njih nije. S vremenom će nesavršenosti magnetskih traka zamutiti podatke dok se skyrmioni kretali naprijed-nazad.
"Zalutala magnetska polja dolaze. A to je poput naleta brzine koji se pojavljuju i nestaju. A kad se pojave i nestanu praznine, praznine između vaše volje će se izgubiti", rekao je Foster.
Kako bi torbe mogle riješiti problem
Zapravo je zanimljiva stvar, rekao je Foster, da vrećice skyrmion ne gube antiskyrmions tijekom vremena ili kada pređu preko magnetskih "naleta brzine".
Stavite gomilu skyrmion vreća na uređaj trkališta, napisali su istraživači u novoj studiji, a računalo je moglo kodirati i dohvatiti podatke na temelju broja antiskyrmiona u svakoj vreći koja prolazi ispod čitača.
"Moje kolege su zaista uzbuđene zbog ideje da biste i na ovaj način mogli povećati gustoću podataka", rekao je Foster.
Ako se uobičajeno pohranjivanje računala oslanja na samo 1 i 0, rekao je da bi sustav skyrmion torba mogao upotrebljavati 0, 1, 2, 3 i tako dalje. To bi otvorilo vrata mnogo složenijim oblicima kodiranja podataka koji bi mogli unijeti puno više informacija u određeni prostor nego što to može tradicionalna binarna metoda.
Tekuće kristalni test
Još nitko nije uspio napraviti skyrmion vrećicu na magnetskoj vrpci. No nakon što su testirali koncept pomoću računalnih simulacija, Foster i njegov tim u Velikoj Britaniji obratili su se grupi istraživača sa Sveučilišta u Koloradu kako bi na svijet donijeli prve poznate torbe skyrmion.
Fizičari obično skyrmions smatraju stvarima koje postoje u magnetskim poljima. No čestice mogu postojati i u drugim tvarima, poput tekućih kristala - poravnatih, krutih molekula sličnih šipkama - koji ispunjavaju zaslone vašeg prijenosnog računala i nekih mobitela.
Preciznim "optičkim pincetama" tim Sveučilišta u Koloradu (na čelu s eksperimentalistom Ivanom Smalyukhom) "nacrtao je" vreće skyrmiona u tekući kristal, rekla je Jung-Shen Tai, studentica diplomskog studija fizike u laboratoriju.
Te skyrmionske vrećice ostale su neizbrisive u kristalnoj tvari i vidljive kada su istraživači zavirili u njih mikroskopom. To je (zajedno s računalnom simulacijom) snažan dokaz da će i skyrmion vrećice biti stabilne u magnetima, rekao je Foster.
Do sada nitko nije izvijestio da gradi bilo kakve uređaje za pohranu stvarnih trkaćih staza, a kamoli uređaje za pohranu koji se oslanjaju na skyrmion vreće. Ali takvi uređaji dolaze, inzistirao je Foster.
"Već znam da ljudi rade na bespovratnim sredstvima kako bi to napravili", rekao je.
