Vannak kísérteties formák, amelyek a mágneses mezőkben vannak elrejtve.
Nem olyan dolgokból készültek, mint a villám vagy a fénysugár. A világítócsavar meglehetősen meghatározott elektroncsoportot szállít az égből az egész földig. Az arcát eltaláló napfény többnyire ugyanazon fotonokból áll, amelyek több millió mérföldre tettek a napot.
De a mágneses terek olyan részeket tartalmaznak, amelyeket skyrmionoknak neveznek, amelyek különböznek az elektronoktól és a fotonoktól; egy skyrmion egy mágneses mező vonala, amely hurkolózik egymás körül. Ahogy az egyik helyről a másikra sodródik, egy skyrmion újból kihúzza magát a már létező mágneses mező vonalakból. A csomót tartja össze, mert a mágneses mező vonalai ellenállnak az áthaladásnak. Tehát, bár az skyrmionok lényegtelenek és különböznek a tárgyaktól, amelyekre szoktunk gondolkodni, addig úgy viselkednek, mint kézzelfoghatóbb dolgok.
A fizikusok ezeket az osztmionokat "négy részecskéknek" hívják, és gyanítják, hogy olyan jelenségeket tudnak magyarázni, amelyek különböznek egymástól, mint a golyó villámlás és egy atom nukleáris szerkezete. Egy új cikkben a kutatók kimutatták, hogy az skyrmionok egymásba tölthetők, teljesen új formát öltve. Ezek a tömött "skyrmion táskák" önmagában lenyűgöző tárgyak, de az furcsa dolgok hasznosak lehetnek a futurisztikus számítástechnikában is - mondta a kutatók.
Töltsük őket egy zsákba
A csapat a skyrmion táskákat egy, a Nature Physics folyóiratban április 1-jén megjelent cikkben ismertette. Az eredmény a kísérteties négy részecskék és a szilárd anyag kulcsfontosságú hasonlóságára támaszkodik: a részecskék létezéséről.
Csakúgy, mint a protonoknak olyan antiprotonjai vannak, amelyek egymással érintkezve megsemmisülnek, az skyrmionok antiszyrmionok is vannak.
"Az antivírmion egy skyrmion, ahol az összes szám meg van fordítva" - mondta David Foster, az angliai Birminghami Egyetem fizikusa és az új tanulmány egyik vezető szerzője.
Tehát, ha egy mágneses mező vonal északra mutat egy skyrmionban, akkor délre mutatna egy antiszyrmionban. De az antivirmionok és a skyrmionok erőteljesen visszaszorítják egymást. A kutatók szerint ez a kulcsa az skyrmion táskák építésének.
"Ha elveszek egy skyrmiont, és kicsit kinyújtom, megteszek egy antiszyrmiont, és a közepére helyezem ... nem fognak pusztulni. Ez egy stabil konstrukció" - mondta Foster a Live Science-nek.
Sőt, a kutatók rájöttek, hogy miután egy skyrmionot megfeszítettek, még több antiskyrmiont tölthet be benne.
És ez a felismerés - mondta Foster - újból kinyitotta az ajtót egy hat éves ötletnek, amely a skyrmionok munkájáról szól.
Skyrmion tároló
2013-ban egy kutatói trió javaslatot tett egy elméleti „skyrmion versenypálya memória eszközére” a Nature Nanotechnology folyóiratban.
Az ötlet az volt, hogy a kis mágneses minták megoldást kínálhatnak a számítógépes tervezés alapvető problémájára: az áramfogyasztásra.
"Ha egy régimódi merevlemezt tekintünk, amely egyfajta forgó lemez, akkor sok energiát igényel" - mondta Foster.
A 2013. évi kutatók által javasolt alacsony energiatartalmú pótlás kihasználná azt a tényt, hogy egy nagyon kis áram miatt a mágneses felületen lévő skyrmionok gyorsan lemorzsolódnak.
Talán azok a kutatók javasolták, hogy ha hosszú, vékony mágneses anyagcsíkot (versenypályát) vesz fel, és skyrmionokkal töltik fel, akkor az adatokat a mágneses anyagba kódolhatják a kvarcrészek között. A mágneses leolvasó értelmezheti a hosszú távolságot az skyrmionok között binárisként 1 és egy rövid távolságot például binárisként 0-ként.
A tárolt adatok visszanyerése érdekében egy elektromos áram elcsúsztathatja a szekciókat a mágneses leolvasó alatt oda-vissza lövöldözésre. Nagyon kevés energiát igényel az, hogy az skyrmionokat oda-vissza mozgatják a mágneses felület mentén, így a kapott eszköz nagyon hatékony lehet.
De az ötletnek volt néhány alapvető problémája - mondta Foster. Míg az skyrmionok meglehetősen stabilak, a köztük lévő hézagok nincsenek. Idővel a mágneses csíkok hiányosságai összetévesztik az adatokat, amikor a szekciók oda-vissza mozogtak.
"Kóbor mágneses mezők jönnek be. És ez olyan, mint a sebesség-ütközés, amely megjelenik és eltűnik. És azokkal a résekkel, amelyek megjelennek és eltűnnek, az akaratod közötti hézagok elvesznek" - mondta Foster.
Hogyan tudják a táskák megoldani a problémát?
Az igazán érdekes dolog, mondja Foster, az, hogy az skyrmion táskák nem veszítik el az antiszirmionokat idővel, vagy amikor áthaladnak a mágneses "sebességmérgeken".
Helyezzen egy csomó skyrmion táskát egy versenypálya eszközre - írták az új tanulmány kutatói, és egy számítógép kódolhatja és lekérdezheti az adatokat az egyes zacskók antiskyrmionok száma alapján, amelyek áthaladnak az olvasó alatt.
"Kollégáim nagyon izgatottak az a gondolat, hogy ilyen módon növelhetik az adatsűrűséget is" - mondta Foster.
Ahol a hagyományos számítógépes tárolás csak 1-re és 0-ra támaszkodik, mondta egy skyrmion táskarendszer 0, 1, 2, 3 és így tovább. Ez megnyitná az ajtót az adatkódolás sokkal összetettebb formáira, amelyek sokkal több információt tölthetnek be egy adott térbe, mint a hagyományos bináris módszer.
A folyadékkristály teszt
Még senkinek sem sikerült elkészíteni skyrmion táskát mágneses csíkra. Miután a koncepciót számítógépes szimulációk segítségével tesztelték, Foster és az Egyesült Királyságbeli csapata a Colorado Egyetem kutatócsoportjához fordult, hogy az első ismert skyrmion táskákat vigye a világba.
A fizikusok általában az skyrmionokat olyan dolgokra gondolják, amelyek a mágneses mezőben léteznek. A részecskék más anyagokban is létezhetnek, például a folyadékkristályokban - igazított, merev, rúdszerű molekulákban -, amelyek kitöltik a laptop képernyőjét és néhány mobiltelefonját.
Precíziós "optikai csipesszel" a Colorado Egyetem csapata (a kísérleti szakember Ivan Smalyukh vezetésével) "skyrmion zsákokat húzott a folyadékkristályba" - mondta Jung-Shen Tai, a laboratóriumi fizika hallgató.
Ezek az osztmion táskák letörölhetetlenek maradtak a kristályos anyagban, és láthatóak voltak, amikor a kutatók mikroszkóp segítségével rájuk néztek. Ez (a számítógépes szimulációval együtt) egyértelmű bizonyíték arra, hogy az skyrmion táskák is stabilak lennének a mágnesekben - mondta Foster.
Eddig senki sem jelentett valós versenypálya-tároló eszközöket, nem is beszélve a skyrmion táskákra támaszkodó tárolóeszközökről. De ilyen eszközök jönnek - ragaszkodott Foster.
"Már tudom, hogy az emberek támogatásokon dolgoznak, hogy ezeket megszerezzék" - mondta.
