Magneettisissa kentissä on piilotettu aavemaisia muotoja.
Niitä ei valmisteta sellaisella tavalla kuin salama tai valonsäde. Valaisinpultti kuljettaa melko määritellyn ryhmän elektroneja taivaasta aina maahan asti. Kasvojasi kohtaava auringonpaiste koostuu pääosin samoista fotoneista, jotka matkustivat miljoonia mailia auringosta.
Mutta magneettikentät sisältävät skyrmioneiksi kutsuttuja asioita, jotka eroavat elektronista ja fotoneista; skyrmion on solmukohta magneettikenttälinjoja, jotka silmukoivat toistensa ympärille. Kun se siirtyy paikasta toiseen, skyrmion saa itsensä uudestaan olemassa olevista magneettikenttälinjoista. Solmu pysyy yhdessä, koska magneettikenttäviivat vastustavat toistensa läpi kulkemista. Joten vaikka skyrmionit ovat merkityksettömiä ja eroavat objekteista, joihin olemme tottuneet ajattelemaan, ne toimivat kuin konkreettisemmat asiat.
Fyysikot kutsuvat näitä skyrmioneita "puolipartikkeleiksi" ja epäilevät voivansa selittää ilmiöitä niin erillisinä kuin pallo salama ja atomin ydinrakenne. Nyt uudessa lehdessä tutkijat osoittivat, että skyrmionit voidaan täyttää toistensa sisälle, saaden täysin uuden muodon. Nämä paisutetut "skyrmion-pussit" ovat itsessään kiehtovia esineitä, mutta omituiset asiat voivat olla hyödyllisiä myös futuristisessa laskennassa, tutkijat sanoivat.
Kaada ne pussiin
Ryhmä paljasti skyrmion-pussit paperissa, joka julkaistiin 1. huhtikuuta Nature Physics -lehdessä. Tulos perustuu avainaiseen samankaltaisuuteen aavemaisten puolipartikkeleiden ja kiinteän aineen välillä: hiukkasten olemassaolosta.
Aivan kuten protoneilla on vastinantiprotoneja, jotka tuhoavat toisiaan kosketuksessa toisiinsa, skyrmioneilla on antyryrmioita.
"Antyryrmion on skyrmion, jossa kaikki numerot käännetään", sanoi Englannin Birminghamin yliopiston fyysikko David Foster ja yksi uuden tutkimuksen päätekijöistä.
Joten, jos magneettikenttäviiva osoittaa skyrmionissa pohjoiseen, se osoittaisi etelään antyryrmionissa. Mutta antyryrmionit ja skyrmionit torjuvat voimakkaasti toisiaan. Se osoittautui avainksi skyrmion-pussien rakentamiseen, tutkijat sanoivat.
"Jos otan skyrmionin ja venyn sitä hiukan, otan antyryrmionin ja sijoitan sen keskelle ... ne eivät tuhoudu. Se on vakaa rakenne", Foster kertoi Live Science: lle.
Lisäksi tutkijat ymmärsivät, että kun skyrmion on venytetty, voit asettaa sen sisälle vielä enemmän antyryrmioita.
Ja tämä toteutuminen, Foster sanoi, avasi oven jälleen kuusivuotiaalle ajatukselle skyrmionien työstämisestä.
Skyrmion-varastointi
Vuonna 2013 tutkijoiden kolmio ehdotti teoreettista "skyrmion kilparadan muistilaitetta" Nature Nanotechnology -lehdessä.
Ajatuksena oli, että pienet magneettikuviot saattavat tarjota ratkaisun tietokoneen suunnittelun perusongelmaan: sähkönkulutukseen.
"Jos ajatellaan vanhanaikaista kiintolevyä, joka on eräänlainen kehrävä levy, se vie paljon virtaa", Foster sanoi.
Vuoden 2013 tutkijoiden ehdottamassa pienitehoisessa korvaamisessa hyödynnetään sitä tosiasiaa, että hyvin pieni virta saa magneettisen pinnan skyrmionit scoottiin nopeasti.
Ehkä nämä tutkijat ehdottivat, että jos otat pitkän, ohuen magneettimateriaalinauhan (kilparadan) ja latasit sen skyrmioneilla, voisit koodata tietoja magneettiseen materiaaliin kvasipartikkeleiden välisissä rakoissa. Magneettinen lukija voi tulkita pitkän aukon skyrmionien välillä esimerkiksi binaarina 1 ja lyhyen raon esimerkiksi binaarina 0.
Tallennetun datan noutamiseksi sähkövirta voi sitten työntää skyrmionit scootukseen edestakaisin magneettisen lukijan alla. Sektionien siirtäminen edestakaisin magneettista pintaa vie hyvin vähän voimaa, joten tuloksena oleva laite voisi olla erittäin tehokas.
Mutta ajatuksella oli joitain perusongelmia, Foster sanoi. Vaikka skyrmionit ovat melko vakaita, niiden väliset aukot eivät ole. Ajan myötä magneettinauhojen puutteet hämärtävät tietoja, kun skyrmionit liikkuivat edestakaisin.
"Hierontamagneettiset kentät tulevat sisään. Ja tämä on kuin nopeusakkuja, jotka ilmestyvät ja katoavat. Ja kun aukot ilmestyvät ja häviävät, aukot tahtonne ovat kadonneet", Foster sanoi.
Kuinka pussit voisivat ratkaista ongelman
Todella mielenkiintoinen asia, Foster sanoi, on se, että skyrmion-pussit eivät menetä antyryrmioneja ajan myötä tai kun ne kulkevat magneettisten "nopeusvasteiden" yli.
Aseta joukko skyrmion-laukkuja kilparadalla, tutkijat kirjoittivat uudessa tutkimuksessa, ja tietokone pystyi koodaamaan ja hakemaan tietoja jokaisen lukulaitteen läpi kulkevan antiskyrmionin lukumäärän perusteella.
"Kollegani ovat todella innoissani ajatuksesta, että voisit myös lisätä datan tiheyttä tällä tavalla", Foster sanoi.
Kun tavanomainen tietokonevarasto luottaa vain 1: een ja 0: een, hän sanoi, skyrmion-pussijärjestelmä voisi käyttää 0, 1, 2, 3 ja niin edelleen. Se avaa oven paljon monimutkaisemmille datakoodausmuodoille, jotka voisivat täyttää paljon enemmän tietoa tiettyyn tilaan kuin perinteinen binaarimenetelmä voi.
Nestekidetesti
Kukaan ei ole vielä onnistunut tekemään skyrmion-pussia magneettinauhaan. Mutta testauksenaan konseptia tietokoneimulaatioilla Foster ja hänen joukkueensa Yhdistyneessä kuningaskunnassa kääntyivät tutkijaryhmän puoleen Coloradon yliopistossa tuodakseen ensimmäiset tunnetut skyrmion-pussit maailmaan.
Tyypillisesti fyysikot ajattelevat skyrmioneita asioiksi, jotka esiintyvät magneettikentissä. Mutta hiukkasia voi esiintyä myös muissa aineissa, kuten nestekiteissä - kohdistettuissa, jäykissä, sauvamaisissa molekyyleissä -, jotka täyttävät kannettavan tietokoneen ja joidenkin matkapuhelinten näytöt.
Coloradon yliopiston joukkue (johdolla kokeilija Ivan Smalyukh) "veti tarkkoilla" optisilla pinsetteillä "" erottelupussit "nestekiteeseen, kertoi laboratorion fysiikan jatko-opiskelija Jung-Shen Tai.
Nämä skyrmion-pussit pysyivät pysyvinä kiteisessä aineessa ja näkyvät, kun tutkijat kuristivat niitä mikroskooppien avulla. Tämä (yhdessä tietokoneen simulaation kanssa) on vahva näyttö siitä, että skyrmion-pussit olisivat myös vakaita magneeteissa, Foster sanoi.
Toistaiseksi kukaan ei ole ilmoittanut rakentavansa mitään reaalimaailman kilparadan säilytyslaitteita, puhumattakaan skyrmion-laukkuihin luotetuista säilytyslaitteista. Mutta sellaisia laitteita on tulossa, Foster vaati.
"Tiedän jo, että ihmiset tekevät apurahoja saadakseen nämä asiat", hän sanoi.
