V magnetických poliach sú skryté strašidelné tvary.
Nie sú vyrobené z takých vecí, ako je blesk alebo lúč svetla. Osvetľovacia skrutka nesie dosť presne definovanú skupinu elektrónov z oblohy až na zem. Slnko, ktoré zasiahne vašu tvár, pozostáva väčšinou z rovnakých fotónov, ktoré prešli milióny kilometrov od Slnka.
Magnetické polia však obsahujú veci nazývané skyrmióny, ktoré sa líšia od elektrónov a fotónov; skyrmion je zväzok magnetických siločiar okolo seba. Ako sa pohybuje z jedného miesta na ďalšie, skyrmion sa znova stáva z magnetických siločiar, ktoré už existujú. Uzol drží pohromade, pretože čiary magnetického poľa odolávajú vzájomnému prechodu. Takže aj keď sú skyrmióny nepodstatné a líšia sa od predmetov, na ktoré sme zvyknutí, konajú ako hmatateľnejšie veci.
Fyzici nazývajú tieto skyrmióny „kvasipartikulami“ a majú podozrenie, že by mohli vysvetliť javy rovnako rôznorodé ako guľové blesky a jadrová štruktúra atómu. Teraz, v novom dokumente, vedci ukázali, že skyrmiony môžu byť plnené do seba, pričom nadobúdajú úplne nový tvar. Tieto nafúknuté „skyrmionové tašky“ sú fascinujúcimi objektmi samy osebe, ale bizarné veci môžu byť užitočné aj pre futuristické výpočty, uviedli vedci.
Plňte ich do tašky
Tím odhalil skyrmionové tašky v novinách publikovaných 1. apríla v časopise Nature Physics. Výsledok sa spolieha na kľúčovú podobnosť medzi strašidelnými kvasičasticami a pevnou hmotou: existenciu antičastíc.
Rovnako ako protóny majú náprotivky antiprotóny, ktoré sa navzájom navzájom ničia pri kontakte, skyrmióny majú antiskyrmióny.
„Antiskyrmion je skyrmion, kde sú všetky čísla obrátené,“ povedal David Foster, fyzik na University of Birmingham v Anglicku a jeden z hlavných autorov novej štúdie.
Keby teda čiara magnetického poľa smerovala na sever v skyrmióne, smerovala by na juh do antiskyrmiónu. Ale antiskyrmióny a skyrmióny sa navzájom silne odrazujú. Vedci tvrdia, že to bol kľúč k budovaniu tašiek Skyrmion.
„Ak vezmem skyrmion a trochu ho natiahnem a vezmem antiskyrmion a umiestnim ho do stredu… nezničia sa. Je to stabilná konštrukcia,“ povedal Foster pre Live Science.
Vedci si uvedomili, že akonáhle je streľba roztiahnutá, môžete do nej vložiť ešte viac antiskyrmiónov.
A táto realizácia, povedal Foster, opäť otvorila dvere šesťročnej myšlienke, ako uviesť skyrmióny do činnosti.
Úložisko Skyrmion
Už v roku 2013 navrhla trojica vedcov v časopise Nature Nanotechnology teoretické „zariadenie s pamäťou dostihových dráh skyrmion“.
Hlavnou myšlienkou bolo, že malé magnetické vzory môžu ponúknuť riešenie základného problému počítačového dizajnu: spotreby elektrickej energie.
„Ak uvažujete o staromódnom pevnom disku, ktorý je akýmsi rotujúcim diskom, vyžaduje si to veľa energie,“ povedal Foster.
V roku 2013 navrhovaná nízkoenergetická náhrada vedcov by využila skutočnosť, že veľmi malý prúd spôsobuje rýchle skákanie mrakov na magnetickom povrchu.
Možno títo vedci naznačili, že ak ste si vzali dlhý, tenký prúžok magnetického materiálu (závodná dráha) a naložili ho skyrmionmi, mohli by ste kódovať údaje do magnetického materiálu v medzerách medzi kvasičasticami. Magnetická čítačka môže napríklad interpretovať dlhú medzeru medzi skyrmiónmi ako binárne 1 a krátku medzeru ako binárne 0.
Na získanie uložených údajov by potom elektrický prúd mohol strhnúť skyrmiony do kolobežiek tam a späť pod magnetickým snímačom. Posun mrakov tam a späť po magnetickom povrchu vyžaduje len veľmi malú silu, takže výsledné zariadenie by mohlo byť veľmi efektívne.
Táto myšlienka však mala niekoľko základných problémov, povedal Foster. Zatiaľ čo sú skyrmióny dosť stabilné, medzery medzi nimi nie sú. V priebehu času by nedokonalosti v magnetických pásoch mohli zahmlievať údaje, keď sa skyrmióny pohybovali tam a späť.
„Prichádzajú magnetické polia so stratou. A to je ako rany, ktoré sa objavujú a miznú. A s tými, ktoré sa objavujú a miznú, sa medzery medzi vami stratili,“ povedal Foster.
Ako môžu tašky vyriešiť problém
Skutočne zaujímavá vec, povedal Foster, je, že skyrmionové vaky nestrácajú antiskyrmióny v priebehu času alebo pri prechode cez magnetické „rýchlostné hrbole“.
Vedci v novej štúdii napísali kopu skyrmionových tašiek, napísali vedci v novej štúdii. Počítač mohol kódovať a získavať údaje na základe počtu antiskyrmiónov v každom vrecku, ktoré prešli pod čitateľom.
„Moji kolegovia sú skutočne nadšení myšlienkou, že by ste takto mohli zvýšiť aj hustotu údajov,“ povedal Foster.
Ak sa konvenčné počítačové úložisko spolieha iba na 1 s a 0 s, povedal, že systém skyrmionových tašiek môže používať 0 s, 1 s, 2 s, 3 s atď. Tým by sa otvorili dvere k oveľa zložitejším formám kódovania údajov, ktoré by do daného priestoru mohli vložiť oveľa viac informácií, ako dokáže tradičná binárna metóda.
Test s tekutými kryštálmi
Nikomu sa ešte nepodarilo vyrobiť skyrmionovú tašku na magnetickom páse. Po testovaní koncepcie pomocou počítačových simulácií sa Foster a jeho tím v Spojenom kráľovstve obrátili na skupinu vedcov z University of Colorado, aby na svete priniesli prvé známe tašky typu skyrmion.
Fyzici zvyčajne považujú skyrmióny za veci, ktoré existujú v magnetických poliach. Častice však môžu existovať aj v iných látkach, ako sú napríklad tekuté kryštály - zarovnané, tuhé, tyčinkovité molekuly - ktoré vyplnia obrazovky vášho prenosného počítača a niektoré mobilné telefóny.
S presnými „optickými pinzetami“, tím z University of Colorado (na čele s experimentátorom Ivanom Smalyukhom) „vtiahol“ vrecká z skyrmionu do tekutých kryštálov, uviedol Jung-Shen Tai, absolvent fyziky v laboratóriu.
Tieto vaky skyrmionu zostali nezmazateľné v kryštalickej látke a boli viditeľné, keď na ne vedci hľadeli cez mikroskopy. To (spolu s počítačovou simuláciou) je presvedčivým dôkazom toho, že tašky typu skyrmion by boli tiež stabilné v magnetoch, uviedol Foster.
Zatiaľ nikto nehlásil, že by vybudoval akékoľvek skutočné svetové úložné zariadenia, nieto ešte úložné zariadenia, ktoré sa spoliehajú na tašky Skyrmion. Ale takéto zariadenia sa blíži, zdôraznil Foster.
„Už viem, že ľudia pracujú na grantoch, aby tieto veci dosiahli,“ povedal.
