Magnētiskajos laukos ir paslēptas spokainas formas.
Tie nav izgatavoti no sīkumiem tādā veidā, kā zibens spuldze vai gaismas stars. Apgaismošanas skrūve nes diezgan skaidri noteiktu elektronu grupu no debesīm līdz pat zemei. Saules spīdēšana, kas skar jūsu seju, galvenokārt sastāv no tiem pašiem fotoniem, kas devās miljoniem jūdžu attālumā no saules.
Bet magnētiskie lauki satur lietas, kuras sauc par skyrmions, kas atšķiras no elektroniem un fotoniem; skyrmion ir magnētiskā lauka līniju mezgls, kas cilpa ap otru. Tā kā tas pārvietojas no vienas vietas uz otru, skyrmion no jauna iziet no tur jau esošajām magnētiskā lauka līnijām. Mezgls turas kopā, jo magnētiskā lauka līnijas pretojas viena otrai pārejai. Tātad, kamēr skyrioni ir nebūtiski un atšķiras no objektiem, par kuriem mēs esam pieraduši domāt, tie darbojas kā taustāmākas lietas.
Fiziķi šos skyrionus sauc par “četrdaļiņām” un ir aizdomas, ka viņi varētu izskaidrot tādas atšķirīgas parādības kā bumbas zibens un atoma kodola uzbūve. Tagad jaunā rakstā pētnieki parādīja, ka skyrmionus var ievietot viens otra iekšienē, iegūstot pilnīgi jaunu formu. Šie uzpūstie "skyrmion somas" paši par sevi ir aizraujoši objekti, taču dīvainās lietas varētu būt noderīgas arī futūristiskai skaitļošanai, sacīja pētnieki.
Ieliec tos somā
Komanda atklāja skyrmion somas rakstā, kas publicēts 1. aprīlī žurnālā Nature Physics. Rezultāts balstās uz galveno līdzību starp spokainajām četrkājainajām daļiņām un cieto vielu: antidaļiņu esamību.
Tāpat kā protoniem ir ekvivalenti antiprotoni, kas viens otru iznīcina, nonākot saskarē, arī skyrmioniem ir antiskyrmioni.
"Antiskyrmion ir skyrmion, kurā visi skaitļi ir apgriezti," sacīja Deivids Fosters, Anglijas Birmingemas universitātes fiziķis un viens no jaunā pētījuma galvenajiem autoriem.
Tātad, ja magnētiskā lauka līnija ir norādīta uz ziemeļiem dalmionā, tā norāda uz dienvidiem antiskyrmionā. Bet antiskyrmions un skyrmions spēcīgi atgrūž viens otru. Tas izrādījās galvenais, lai izveidotu skyrmion somas, sacīja pētnieki.
"Ja es ņemu skyrmion un es to mazliet izstiepju, es paņemu antiskyrmion un ievietoju tā centrā ... tie neiznīcinās. Tā ir stabila konstrukcija," Foster stāstīja Live Science.
Turklāt pētnieki saprata, ka pēc tam, kad skyrmion ir izstiepts, tā iekšpusē var ievietot vēl vairāk antiskyrmionu.
Un šī realizācija, sacīja Fosteris, atkal pavēra durvis sešus gadus vecai idejai par skyrmionu ieviešanu darbā.
Skyrmion krātuve
Jau 2013. gadā pētnieku trio žurnālā Nature Nanotechnology ierosināja teorētisku "skyrmion racetrack memory device".
Ideja bija tāda, ka mazie magnētiskie raksti varētu piedāvāt risinājumu datora dizaina pamatproblēmai: elektrības patēriņam.
"Ja jūs uzskatāt vecmodīgu cieto disku, kas ir sava veida vērpšanas disks, tas prasa daudz enerģijas," sacīja Fosteris.
2013. gada pētnieku ierosinātajā mazjaudas nomaiņā tiktu ņemts vērā fakts, ka ļoti maza strāva liek skyrmioniem uz magnētiskās virsmas strauji izšūt.
Iespējams, ka šie pētnieki ieteica, ja jūs paņēmāt garu, plānu magnētiskā materiāla sloksni (hipodromu) un ielādējat to ar skyrmions, jūs varētu kodēt datus magnētiskajā materiālā spraugās starp kvazdaļiņām. Magnētiskais lasītājs varētu interpretēt garo spraugu starp skyrmions kā bināro 1 un īso spraugu, piemēram, kā bināro 0.
Pēc tam, lai izgūtu saglabātos datus, elektriskā strāva varētu iedūrīt sekcijas skenēt uz priekšu un atpakaļ zem magnētiskā lasītāja. Ir ļoti maz enerģijas, lai skyrmions varētu virzīties uz priekšu un atpakaļ pa magnētisko virsmu, tāpēc iegūtā ierīce varētu būt ļoti efektīva.
Bet idejai bija dažas pamatproblēmas, sacīja Fosteris. Lai arī skyrmioni ir diezgan stabili, atšķirības starp tiem nav. Laika gaitā magnētisko joslu nepilnības izjauc datus, jo skyrmions pārvietojās uz priekšu un atpakaļ.
"Iekļūst klaji magnētiskie lauki. Un tas ir tāpat kā ātruma izciļņi, kas parādās un pazūd. Un, parādoties un izzūdot spraugām, spraugas starp jūsu gribu ir pazudušas," sacīja Fosters.
Kā somas varētu atrisināt problēmu
Fosters sacīja, ka patiesi interesanta ir tā, ka skyrmion somas nezaudē antiskyrmionus laika gaitā vai arī, kad tie pāriet magnētiskos "ātruma izciļņos".
Ievietojiet ķekars dalmion maisiņu hipodroma ierīcē, rakstīja jaunā pētījuma pētnieki, un dators varēja kodēt un izgūt datus, pamatojoties uz antiskyrmionu skaitu katrā somā, kas iet zem lasītāja.
"Mani kolēģi ir patiesi satraukti par ideju, ka jūs varētu arī šādā veidā palielināt datu blīvumu," sacīja Fosters.
Ja parasta datora glabāšana balstās tikai uz 1 un 0, viņš sacīja, ka skyrmion maisu sistēma varētu izmantot 0, 1, 2, 3 un tā tālāk. Tas pavērtu iespēju daudz sarežģītākām datu kodēšanas formām, kas attiecīgajā telpā varētu ievietot daudz vairāk informācijas nekā tradicionālā binārā metode.
Šķidro kristālu pārbaude
Nevienam vēl nav izdevies izgatavot skyrmion somu uz magnētiskās sloksnes. Bet pēc tam, kad tika pārbaudīta koncepcija, izmantojot datorsimulācijas, Fosters un viņa komanda Lielbritānijā vērsās pie Kolorādo universitātes pētnieku grupas, lai pasaulē ienestu pirmos zināmos skyrmion somas.
Parasti fiziķi domā par skyrmioniem kā lietām, kas pastāv magnētiskajos laukos. Bet daļiņas var pastāvēt arī citās vielās, piemēram, šķidros kristālos - izlīdzinātās, stingrās, stieņiem līdzīgās molekulās, kas aizpilda ekrānus klēpjdatorā un dažos mobilajos telefonos.
Ar precīziem "optiskajiem pincetēm" Kolorādo universitātes komanda (vadītājs eksperimentālists Ivans Smalyukh) šķidrā kristālā "ievilka" skyrmion maisiņus, sacīja laboratorijas fizikas absolvents Jung-Shen Tai.
Šie skyrmion maisi palika neizdzēšami kristāliskajā vielā un bija redzami, kad pētnieki skatījās uz tiem caur mikroskopiem. Tas (līdz ar datora simulāciju) ir pārliecinošs pierādījums tam, ka skyrmion somas būtu stabilas arī magnētos, sacīja Fosters.
Pagaidām neviens nav ziņojis, ka būvētu reālas sacensību trases glabāšanas ierīces, nemaz nerunājot par glabāšanas ierīcēm, kas balstās uz skyrmion maisiem. Bet šādas ierīces nāk, Foster uzstāja.
"Es jau zinu, ka cilvēki strādā pie dotācijām, lai šīs lietas izveidotu," viņš teica.
