Има призрачни форми, скрити в магнитни полета.
Не са направени от неща по начина, по който е мълния или лъч светлина. Осветителният болт носи доста определена група електрони от небето чак до земята. Слънцето, което удря лицето ви, се състои най-вече от същите фотони, изминали милиони километри от слънцето.
Но магнитните полета съдържат неща, наречени skyrmions, които са различни от електроните и фотоните; skyrmion е възел от магнитни полеви линии, привързани една до друга. Докато се движи от едно място на друго, небесна зона отново се измъква от линиите на магнитното поле, които вече са там. Възелът се държи заедно, защото линиите на магнитното поле устояват да преминават една през друга. И така, докато skyrmions са несъществени и различни от обектите, за които сме свикнали да мислим, те действат като по-осезаеми неща.
Физиците наричат тези skyrmions "квазичастици" и подозират, че биха могли да обяснят явления толкова различни, колкото са кълбовидната мълния и ядрената структура на атом. Сега, в нова книга, изследователите показаха, че skyrmions могат да бъдат натъпкани един в друг, придобивайки напълно нова форма. Тези надути „небесни торбички“ са сами по себе си завладяващи обекти, но причудливите неща могат да бъдат полезни и за футуристични изчисления, казват изследователите.
Пъхнете ги в торба
Екипът разкри чантите skyrmion в хартия, публикувана на 1 април в списанието Nature Physics. Резултатът разчита на ключово сходство между призрачните квазичастици и твърдата материя: съществуването на античастици.
Точно както протоните имат противопоставени антипротони, които унищожават взаимно при контакт помежду си, така и skyrmions имат antiskyrmions.
„Антискирмионът е небесен, където всички числа са обърнати“, казва Дейвид Фостър, физик от университета в Бирмингам в Англия и един от водещите автори на новото изследване.
Така че, ако линията на магнитното поле сочи на север в небесен район, то би посочила юг в антискирмион. Но antiskyrmions и skyrmions мощно се отблъскват един друг. Това се оказа ключът към изграждането на чанти skyrmion, казват изследователите.
"Ако взема небесен шормон и го разтегна малко и взема антискирмион и го поставя в центъра на него ... те няма да унищожат. Това е стабилна конструкция", каза Фостър пред Live Science.
Нещо повече, разбраха изследователите, след като се разтегли небесен крем, можете да натъпчете още повече антискирмиони в него.
И тази реализация, каза Фостър, отвори отново вратата към шестгодишна идея за поставяне на skyrmions на работа.
Съхранение на Skyrmion
Още през 2013 г. трио от изследователи предложиха теоретично „устройство за памет на skyrmion racetrack” в списанието Nature Nanotechnology.
Идеята беше, че малките магнитни модели могат да предложат решение на основен проблем в компютърния дизайн: консумацията на електроенергия.
"Ако смятате за старомоден твърд диск, който е нещо като въртящ се диск, това отнема много енергия", каза Фостър.
Предложената през 2013 г. изследователи за смяна на ниска мощност би се възползвала от факта, че много малък ток причинява бързо изстрелване на магнитната повърхност.
Може би тези изследователи предполагат, че ако вземете дълга тънка ивица от магнитен материал (състезателната писта) и я заредите с skyrmions, бихте могли да кодирате данни в магнитния материал в пропуски между квазичастиците. Магнитният четец може да интерпретира дълга пропаст между skyrmions като двоичен 1 и кратък празнина като двоичен 0 например.
За да извлечете съхранените данни, електрическият ток може да подтикне небесмиона да се движи напред и назад под магнитен четец. Необходима е много малко енергия, за да се движат skyrmions напред и назад по магнитна повърхност, така че полученото устройство може да бъде много ефективно.
Но идеята имаше някои основни проблеми, каза Фостър. Докато skyrmions са доста стабилни, пропуските между тях не са. С течение на времето, несъвършенствата в магнитните ленти биха объркали данните, докато skyrmions се движеха напред-назад.
"Бездомните магнитни полета влизат. И това е като скорости, които се появяват и изчезват. И с тези пропуски, които се появяват и изчезват, пропуските между вашата воля са загубени", каза Фостър.
Как торбичките биха могли да решат проблема
Истински интересното тук, каза Фостър, е, че торбичките skyrmion не губят антискирмиони с течение на времето или когато преминават над магнитните „скоростни неравности“.
Поставете куп чанти skyrmion на устройство за състезателни пътеки, писаха изследователите в новото проучване и компютърът може да кодира и извлича данни въз основа на броя на антискирмионите във всяка торба, които минават под четеца.
"Моите колеги са наистина развълнувани от идеята, че по този начин бихте могли също да увеличите плътността на данните", каза Фостър.
Когато конвенционалното компютърно съхранение разчита само на 1s и 0s, той каза, че системата на skyrmion чанти може да използва 0s, 1s, 2s, 3s и така нататък. Това би отворило вратата за много по-сложни форми на кодиране на данни, които биха могли да внесат далеч повече информация в дадено пространство, отколкото може да използва традиционният двоичен метод.
Тестът с течен кристал
Все още никой не успя да направи чанта Skyrmion на магнитна лента. Но след като тестваха концепцията с помощта на компютърни симулации, Фостър и неговият екип в САЩ се обърнаха към група изследователи от Университета в Колорадо, за да донесат първите известни чанти на небето в света.
Обикновено физиците смятат небесмиона за неща, които съществуват в магнитните полета. Но частиците могат да съществуват и в други вещества, като течните кристали - подравнени, твърди, подобни на пръчки молекули - които запълват екраните на вашия лаптоп и някои мобилни телефони.
С прецизни "оптични пинсети" екипът на Университета в Колорадо (начело с експериментатора Иван Смалюх) "извади" торбички Skyrmion в течния кристал, каза Юнг-Шен Тай, студент по физика в лабораторията.
Тези небесни торбички останаха незаличими в кристалното вещество и бяха видими, когато изследователите надничаха към тях чрез микроскопи. Това (заедно с компютърната симулация) е силно доказателство, че торбичките skyrmion също биха били стабилни в магнити, каза Фостър.
Досега никой не съобщава, че е изградил никакви устройства за съхранение на речни пътеки, камо ли устройства за съхранение, разчитащи на чанти skyrmion. Но такива устройства идват, настоя Фостър.
"Вече знам, че хората работят по безвъзмездни средства, за да направят тези неща", каза той.
