Taiteilijan esitys skyrmionin lukittuvista magneettikentistä.
(Kuva: © Science Advances / Creative Commons)
Skymioni voidaan kuvata pyörivänä kvasihiukkasena, kiertyvien kenttäviivojen solmuna tai subatomisena hurrikaanina. Ne ovat myös yksi vaikeimmista fysiikan käsitteistä, joita ihmiset ymmärtävät. Tämä johtuu siitä, että näitä nanokokoisia häiriöitä on helpointa kuvata matemaattisesti ja vaikka fyysikot ovatkin olleet tiedossa jo lähes 60 vuotta, he ovat vasta äskettäin alkaneet löytää käytännöllisiä sovelluksia skyrmioneille.
Skyrmionien historia
Skyrmionit on nimetty brittiläiselle fyysikolle Tony Skyrmelle, joka ehdotti heidän olemassaoloaan ensimmäisen kerran vuonna 1961. Hänen ajatuksena oli mallintaa subatomiatieteellisiä kokonaisuuksia, kuten protoneja ja neutroneja, käyttämällä kiertyviä kierteitä kvanttikentässä, joka kaikilla hiukkasilla on, mukaan American Physical Society. Vaikka konsepti oli hyödyllinen monella tapaa, kuten ennustamalla tarkasti joidenkin perushiukkasten, kuten kvarkkien ja gluonien, ominaisuudet, se kamppaili muiden ydinaseiden käyttäytymisen näkökohtien kanssa.
Idean korvasi lopulta kvantikromodynamiikkaksi kutsuttu teoria, joka menestyi paremmin subatomisten hiukkasten mallinnuksessa. Mutta skyrmionit ovat herättäneet magneettikenttiä työskentelevät tutkijat, jotka voidaan myös koaksioida muodostamaan pyörremaisia pyörteitä.
Magneettisessa skyrmissa solmitut magneettikenttäviivat kietoutuvat toistensa ympärille kuin avainrenkaat, jotka koukkuvat toisiin avainrenkaisiin, luodaan nanometrin mittainen muoto sitä on mahdotonta irrottaa hajottamatta renkaita. Magneettisessa kentässä muodostelma voi siirtyä pisteestä toiseen skyrmionin avulla tehdä itsensä uudestaan linjoista tietyssä paikassa.
Mihin skyrmionit ovat hyviä?
Koska skyrmionit ovat niin pieniä ja vakaita, fyysikot ovat kiinnostuneita hallitsemaan näitä hiukkasmaisia kokonaisuuksia käytettäväksi futuristisissa tietokoneissa ja elektronisessa muistivarastoinnissa, mukaan Physics Today. Aluksi tutkijat pystyivät indusoimaan magneettisia skyrmioneita vain materiaaleissa, jotka oli jäähdytetty erittäin kylmiin lämpötiloihin, mutta nyt niitä tuotetaan rutiininomaisesti huoneenlämpöisissä esineissä.
Koska magneettisiin skyrmiin tallennettujen tietojen ylläpitäminen ja elektroninen käyttö vaatii suhteellisen vähän voimaa, insinöörien mielestä nämä hiukkaset voisivat tehdä erittäin tehokkaat muistilaitteet. Kehittyvä skyrmionics-niminen kenttä on nyt omistettu tällaisten seuraavan sukupolven laitteiden luomiseen.
Skyrmions saattaa myös selittää omituisen ja salaperäisen ilmiön, joka tunnetaan nimellä pallo salama - harvinainen hehkuva pallo, joka voi ilmaantua ukkosmyrskyjen aikana ja alttiina ilman läpi, ylittäen kaikkein tunnetuimman rosoisen salaman. Vuonna 2018 joukkue ehdotti, että skyrmionissa syntyvät pyörivät solmut jotenkin luovat luonnolliset prosessit ovat samat, jotka tuottavat pallo salamaa.
Muut tutkijat ovat alkaneet elvyttää Skyrmen alkuperäisiä malleja ja ovat muuttaneet niitä selittämään paremmin ydinfysiikan käsitteitä, kuten ytimien käyttäytymisen ja muodon ennustaminen.
Lisäresurssit:
- Lue lisää skyrmionien käytöstä tietotekniikassa tekniikan ja tekniikan aloilta.
- Tutustu skyrmionsiin seuraavan sukupolven tietojen varastointina Berkeley Labista.
- Katso mitä Skyrmion on? Tiedeuutisista.
