Є примарні фігури, заховані в магнітних полях.
Вони не виготовлені з речей так, як це блискавка або промінь світла. Світловий болт несе в собі досить визначену групу електронів з неба аж до землі. Сонячне світло, яке вражає ваше обличчя, складається в основному з тих же фотонів, які пройшли мільйони миль від сонця.
Але магнітні поля містять речі, які називаються небесміонами, які відрізняються від електронів та фотонів; skyrmion - вузол магнітних полів, що петляються навколо один одного. Під час руху від однієї точки до другої, небосхил заново виходить із ліній магнітного поля, які вже є. Вузол тримається разом, тому що лінії магнітного поля чинять опір проходженню один через одного. Отже, хоча skyrmions несуттєві і відрізняються від об'єктів, про які ми звикли думати, вони діють як більш відчутні речі.
Фізики називають цих небоскребів "квазічастинками", і підозрюють, що вони можуть пояснити явища настільки розрізненими, як кульова блискавка та ядерна структура атома. Тепер, у новій статті, дослідники показали, що skyrmions можна набивати всередину один одного, приймаючи абсолютно нову форму. Ці надуті "сумки з неба" є захоплюючими предметами самі по собі, але химерні речі також можуть бути корисні для футуристичних обчислень, вважають дослідники.
Набийте їх у сумку
Команда виявила сумки skyrmion у документі, опублікованому 1 квітня у журналі Nature Physics. Результат спирається на ключову схожість між примарними квазічастинками і твердою речовиною: існування античастинок.
Так само, як протони мають аналогічні антипротони, які знищують один одного при контакті один з одним, у небесміонів є антискірміони.
"Антискірміон - це скайрміон, де всі числа перевернуті", - сказав Девід Фостер, фізик з Бірмінгемського університету в Англії та один з провідних авторів нового дослідження.
Отже, якщо лінія магнітного поля вказує на північ у скірміоні, вона би вказувала південь на антискірміон. Але антискірміони та скайрміони потужно відштовхують один одного. Це виявилося ключем до створення сумки skyrmion, вважають дослідники.
"Якщо я візьму скірміон і трохи розтягну його, я візьму антискірміон і поміщу його в його центр ... вони не знищуються. Це стабільна конструкція", - сказав Фостер Live Science.
Більше того, зрозуміли дослідники, після того, як натягнувся небосквіт, ви можете набити все більше антискірміонів всередині нього.
І ця реалізація, за словами Фостера, знову відкрила двері шестирічній ідеї про налагодження роботи skyrmions.
Зберігання Skyrmion
Ще в 2013 році трійка дослідників запропонувала теоретичний «пристрій пам’яті для гоночної траси skyrmion» у журналі Nature Nanotechnology.
Ідея полягала в тому, що маленькі магнітні візерунки можуть запропонувати вирішення основної проблеми в комп'ютерному дизайні: споживання електроенергії.
"Якщо ви вважаєте старомодний жорсткий диск, який є своєрідним прядильним диском, це потребує багато енергії", - сказав Фостер.
Запропонована дослідниками 2013 року заміна малої потужності скористалася б тим, що дуже малий струм змушує небоскрими на магнітній поверхні швидко просуватися.
Можливо, ті дослідники запропонували, якби ви взяли довгу тонку смужку магнітного матеріалу (іподром) і завантажили її небесмірами, ви могли б закодувати дані в магнітний матеріал у проміжки між квазічастинками. Магнітний зчитувач може інтерпретувати довгий проміжок між skyrmions як бінарний 1, а короткий проміжок - як двійковий 0, наприклад.
Тоді для отримання цих збережених даних електричний струм може підштовхнути скайрміони до магнітного зчитування. Для переміщення skyrmions вперед-назад уздовж магнітної поверхні потрібно дуже мало енергії, тому отриманий пристрій може бути дуже ефективним.
Але ідея мала деякі основні проблеми, сказав Фостер. У той час як skyrmions є досить стабільними, прогалини між ними не є. З часом недосконалість магнітних смуг замутить дані, коли небесні рухи рухаються туди-сюди.
"Увійшли бродячі магнітні поля. І це як удари швидкості, які з'являються і зникають. І коли ті прогалини з'являються і зникають, прогалини між вашою волею будуть втрачені", - сказав Фостер.
Як мішки могли вирішити проблему
Тут дійсно цікава річ, зазначає Фостер, - це те, що сумки skyrmion не втрачають антискірміонів з часом або коли вони переходять через магнітні «удари швидкості».
Покладіть купу мішків skyrmion на пристрій гоночної доріжки, написали дослідники нового дослідження, і комп'ютер міг кодувати та отримувати дані на основі кількості антискірміонів у кожній сумці, що проходить під читачем.
"Мої колеги по-справжньому схвильовані ідеєю, що ви також можете збільшити щільність даних таким чином", - сказав Фостер.
Якщо звичайне зберігання комп'ютера покладається на лише 1s і 0s, він сказав, що система сумки skyrmion може використовувати 0s, 1s, 2s, 3s тощо. Це відкриє двері до набагато складніших форм кодування даних, які могли б ввести набагато більше інформації в даний простір, ніж традиційний бінарний метод.
Рідкокристалічний тест
Ніхто ще не встиг виготовити сумку Skyrmion на магнітній смузі. Але після випробування концепції за допомогою комп’ютерних моделювань Фостер та його команда в Великобританії звернулися до групи дослідників з Університету Колорадо, щоб привезти перші відомі у світі сумки skyrmion.
Зазвичай фізики вважають небоскреби як речі, що існують у магнітних полях. Але частинки можуть існувати і в інших речовинах, таких як рідкі кристали - вирівняні, жорсткі молекули, подібні до стрижня, - які заповнюють екрани вашого ноутбука та деяких мобільних телефонів.
З точністю "оптичних пінцетів" команда Університету Колорадо (очолюваний експерименталістом Іваном Смалюхом) "намалювала" пакети Skyrmion у рідкий кристал, - сказав Юнг-Шень Тай, аспірант фізики в лабораторії.
Ці пакетики Skyrmion залишалися незгладимими у кристалічній речовині і були помітні, коли дослідники заглядали в них за допомогою мікроскопів. Це (поряд з комп'ютерним моделюванням) є вагомим доказом того, що сумки skyrmion також будуть стабільними в магнітах, сказав Фостер.
Поки ніхто не повідомляв про будівництво реальних пристроїв для зберігання іподромів у реальному світі, не кажучи вже про пристрої зберігання, що спираються на сумки skyrmion. Але такі пристрої надходять, наполягав Фостер.
"Я вже знаю, що люди працюють над грантами, щоб зробити ці речі", - сказав він.
