Manyetik alanlarda gizlenmiş hayalet şekiller vardır.
Bir şimşek veya ışık demeti gibi şeylerden yapılmazlar. Bir aydınlatma cıvatası, gökten yere kadar oldukça tanımlanmış bir elektron grubu taşır. Yüzünüze çarpan güneş, çoğunlukla güneşten milyonlarca kilometre yol alan fotonlardan oluşur.
Ancak manyetik alanlar, skyrmion adı verilen ve elektron ve fotonlardan farklı şeyler içerir; Bir skyrmion, birbirine dolanan manyetik alan çizgilerinin bir düğümdür. Bir noktadan diğerine sürüklendiğinden, bir skyrmion kendisini zaten var olan manyetik alan çizgilerinden yeniden çıkarır. Düğüm bir arada tutulur, çünkü manyetik alan çizgileri birbirinden geçmeye direnir. Yani, skyrmions düşünülmediğimiz nesnelerden farklı ve farklı olsa da, daha somut şeyler gibi davranıyorlar.
Fizikçiler bu skyrmionlara "kuasipartiküller" diyorlar ve fenomeni top yıldırımları ve bir atomun nükleer yapısı olarak birbirinden farklı olarak açıklayabileceklerinden şüpheleniyorlar. Şimdi, yeni bir makalede, araştırmacılar skyrmions'ın tamamen yeni bir şekil alarak birbirlerinin içine doldurulabileceğini gösterdi. Araştırmacılar, bu şişirilmiş "skyrmion çantaları" kendi başlarına büyüleyici nesneler, ancak tuhaf şeyler de fütüristik hesaplama için yararlı olabilir.
Bir torbaya doldurun
Ekip, Skyrmion çantalarını 1 Nisan'da Nature Physics dergisinde yayınlanan bir bildiride açıkladı. Sonuç, hayalet kuasipartiküller ve katı madde arasındaki önemli benzerliğe dayanır: antipartiküllerin varlığı.
Tıpkı protonların birbirleri ile temas halinde birbirlerini imha eden karşıt antiprotonları olduğu gibi, skyrmions'ın antiskymionları vardır.
İngiltere'deki Birmingham Üniversitesi'nden fizikçi ve yeni çalışmanın baş yazarlarından biri olan David Foster, "Antiskyrmion, tüm sayıların tersine çevrildiği bir skyrmion" dedi.
Yani, bir manyetik alan çizgisi bir gök kuşağında kuzeyi gösterirse, bir antiskyryonda güneyi gösterir. Ancak antiskyrmions ve skyrmions güçlü bir şekilde birbirlerini iter. Araştırmacılar bunun skyrmion çantaları inşa etmenin anahtarı olduğu ortaya çıktı.
"Bir skyrmion alırsam ve biraz uzatırsam ve bir antiskyrmion alıp ortasına koyarsam ... imha etmeyecekler. Bu istikrarlı bir yapıdır," dedi Foster Live Science'a.
Dahası, araştırmacılar, bir skyrmion gerildikten sonra, içinde daha fazla antiskymion ekleyebileceğinizi fark ettiler.
Ve bu farkındalık, dedi Foster, skyrmions'ı işe koyma hakkında altı yaşındaki bir fikre tekrar kapı açtı.
Skyrmion depolama alanı
2013 yılında üç araştırmacı Nature Nanotechnology dergisinde teorik bir "skyrmion yarış pisti bellek cihazı" önerdi.
Fikir, küçük manyetik modellerin bilgisayar tasarımındaki temel bir soruna bir çözüm sunabileceği idi: elektrik tüketimi.
Foster, "Bir çeşit dönen disk olan eski moda bir sabit sürücüyü düşünürseniz, çok fazla güç gerektirir," dedi Foster.
2013 araştırmacılarının önerdiği düşük güç değişimi, çok küçük bir akımın manyetik bir yüzeydeki skyrmion'ların hızla kaybolmasına neden olmasından faydalanacaktır.
Belki de bu araştırmacılar, uzun, ince bir manyetik malzeme şeridi (yarış pisti) aldıysanız ve skyrmions ile yüklediyseniz, quasiparticles arasındaki boşluklarda verileri manyetik malzemeye kodlayabileceğinizi önerdiler. Manyetik bir okuyucu, skyrmions arasındaki uzun boşluğu ikili 1 ve kısa boşluğu ikili 0 olarak yorumlayabilir.
Saklanan verileri almak için, bir elektrik akımı skyrmion'ları manyetik bir okuyucu altında ileri geri puanlamaya sürükleyebilir. Skyrmion'ları manyetik bir yüzey boyunca ileri geri hareket ettirmek çok az güç gerektirir, bu nedenle ortaya çıkan cihaz çok verimli olabilir.
Ancak fikrin bazı temel sorunları vardı, dedi Foster. Skyrmions oldukça kararlı olsa da, aralarındaki boşluklar değildir. Zamanla, manyetik şeritlerdeki kusurlar, skyrmions ileri geri hareket ettikçe verileri karıştırır.
"Kaçak manyetik alanlar içeri girer. Bu, ortaya çıkan ve kaybolan hız tümseklerine benzer. Ve bu boşluklar ortaya çıkıp kaybolurken, aralarındaki boşluklar kaybolacak," dedi Foster.
Çantalar sorunu nasıl çözebilir?
Foster, burada gerçekten ilginç olan şey, skyrmion çantalarının zamanla veya manyetik "hız tümseklerini" geçtiklerinde antiskymionları kaybetmemesidir.
Yeni çalışmadaki araştırmacılar bir yarış pisti cihazına bir sürü skyrmion çantası koydu ve bir bilgisayar, okuyucunun altından geçen her bir torbadaki antiskyrm sayısına göre verileri kodlayabilir ve geri alabilir.
Foster, "Meslektaşlarım veri yoğunluğunu bu şekilde artırabileceğiniz fikri konusunda gerçekten heyecanlılar." Dedi.
Geleneksel bilgisayar depolamasının sadece 1s ve 0'lara dayanması durumunda, bir skyrmion torba sisteminin 0s, 1s, 2s, 3s vb. Bu, belirli bir alana geleneksel bir ikili yöntemin yapabileceğinden çok daha fazla bilgi doldurabilecek çok daha karmaşık veri kodlama biçimlerine kapı açacaktır.
Sıvı-kristal testi
Henüz kimse manyetik bir şerit üzerinde skyrmion çantası yapmayı başaramadı. Ancak, bilgisayar simülasyonlarını kullanarak konsepti test ettikten sonra, Foster ve İngiltere'deki ekibi, bilinen ilk skyrmion çantalarını dünyaya getirmek için Colorado Üniversitesi'nde bir grup araştırmacıya döndü.
Tipik olarak fizikçiler skyrmionları manyetik alanlarda var olan şeyler olarak düşünürler. Ancak parçacıklar, dizüstü bilgisayarınızdaki ve bazı cep telefonlarındaki ekranları dolduran sıvı kristaller (hizalanmış, katı, çubuk benzeri moleküller) gibi diğer maddeler de bulunabilir.
Laboratuvarda fizik yüksek lisans öğrencisi Jung-Shen Tai, hassas "optik cımbızlar" ile Colorado Üniversitesi ekibi (deneyci Ivan Smalyukh başkanlığında) sıvı kristalte skyrmion torbaları "çizdi" dedi.
Bu skyrmion torbaları kristal madde içinde silinmez kaldı ve araştırmacılar onlara mikroskoplar aracılığıyla baktıklarında görülebildi. Foster (bilgisayar simülasyonu ile birlikte) skyrmion torbalarının mıknatıslarda da kararlı olacağına dair güçlü bir kanıt olduğunu söyledi.
Şimdiye kadar hiç kimse, skyrmion çantalarına dayanan depolama cihazlarının yanı sıra gerçek dünya yarış pisti depolama cihazları inşa ettiğini bildirmedi. Ancak bu tür cihazlar geliyor, diye ısrar etti Foster.
“Zaten insanların bunları yapmak için hibe üzerinde çalıştıklarını biliyorum” dedi.
