Terdapat bentuk hantu yang tersembunyi dalam medan magnet.
Mereka tidak diperbuat daripada barang-barang seperti kilat kilat atau pancaran cahaya. Bolt pencahayaan membawa sekumpulan elektron yang jelas dari langit sehingga ke tanah. Sunshine yang memukul wajah anda kebanyakannya terdiri daripada foton yang sama yang mengembara berjuta-juta kilometer dari matahari.
Tetapi medan magnet mengandungi benda-benda yang dipanggil skyrmions yang berbeza daripada elektron dan foton; skyrmion adalah simpulan garis medan magnet yang bergelung di antara satu sama lain. Kerana ia hanyut dari satu tempat ke tempat yang seterusnya, skyrmion membuat dirinya keluar dari medan magnet yang sudah ada di sana. Simpulan bersatu kerana garis medan magnet menentang satu sama lain. Oleh itu, sementara skyrmions adalah tidak masuk akal dan berbeza dari objek yang kami gunakan untuk memikirkan, mereka bertindak seperti perkara yang lebih ketara.
Pakar fizik memanggil skrip ini "quasiparticles," dan mengesyaki mereka dapat menjelaskan fenomena yang berbeza-beza seperti kilat bola dan struktur nuklear atom. Sekarang, dalam kertas baru, para penyelidik menunjukkan bahawa kepintaran dapat diisi dalam satu sama lain, dengan mengambil bentuk yang baru. Ini "beg skyrmion" yang menggembirakan adalah objek menarik dalam hak mereka sendiri, tetapi perkara-perkara pelik juga boleh digunakan untuk pengkomputeran futuristik, kata para penyelidik.
Stuff 'em dalam beg
Pasukan itu mendedahkan beg skyrmion dalam sebuah kertas yang diterbitkan 1 April di jurnal Nature Physics. Hasilnya bergantung pada persamaan utama antara quasiparticles hantu dan benda padat: kewujudan antipartikel.
Sama seperti proton mempunyai antiproton sejagat yang menghancurkan satu sama lain pada hubungan antara satu sama lain, skyrmions mempunyai antiskyrmions.
"Antiskyrmion adalah skyrmion di mana semua nombor dibalikkan," kata David Foster, ahli fizik di University of Birmingham di England dan salah seorang penulis utama kajian baru itu.
Oleh itu, jika garis medan magnet menunjukkan arah utara ke arah barat daya, ia akan menunjuk ke arah selatan di antiskyrmion. Tetapi antiskyrmions dan skyrmions kuat menangkis satu sama lain. Itu ternyata menjadi kunci untuk membina beg skyrmion, kata para penyelidik.
"Sekiranya saya mengambil skyrmion dan saya meregangkannya sedikit dan saya mengambil antiskyrmion dan meletakkannya di tengah-tengahnya ... mereka tidak akan memusnahkan, ia adalah pembinaan yang stabil," kata Foster kepada Sains Live.
Lebih-lebih lagi, para penyelidik menyedari, apabila skyrmion telah diregangkan, anda boleh mengeluarkan lebih banyak antiskyrmions di dalamnya.
Dan kesedaran itu, Foster berkata, membuka pintu lagi kepada idea berusia enam tahun tentang meletakkan kerisauan untuk bekerja.
Simpanan Skyrmion
Kembali pada tahun 2013, ketiga-tiga penyelidik mencadangkan "memori ingatan sketsa" teori teoritis dalam jurnal Nature Nanotechnology.
Ideanya ialah corak magnet kecil mungkin menawarkan penyelesaian kepada masalah asas dalam reka bentuk komputer: penggunaan elektrik.
"Jika anda menganggap cakera keras lama, yang merupakan jenis cakera berputar, ia memerlukan banyak kuasa," kata Foster.
Penggubal cadangan penyelidik 2013 yang rendah akan memanfaatkan hakikat bahawa arus yang sangat kecil menyebabkan kepintaran pada permukaan magnetik untuk bergerak dengan cepat.
Mungkin, para penyelidik mencadangkan, jika anda mengambil bahan magnetik yang panjang (litar perlumbaan) yang panjang dan dimuatkan dengan skyrmions, anda dapat mengodkan data ke dalam bahan magnet dalam jurang antara quasiparticles. Pembaca magnet boleh mentafsirkan jurang yang panjang antara skyrmions sebagai binari 1 dan jurang pendek sebagai binari 0, contohnya.
Untuk mengambil data yang disimpan, maka, arus elektrik boleh menjejaskan kerahsiaan ke dalam skuter ke belakang dan sebagainya di bawah pembaca magnet. Ia memerlukan kuasa yang sangat kecil untuk bergerak ke belakang dan sebagainya di permukaan magnetik, jadi peranti yang dihasilkan mungkin sangat berkesan.
Tetapi idea itu mempunyai beberapa masalah asas, kata Foster. Walaupun skyrmions cukup stabil, jurang antara mereka tidak. Dari masa ke masa, ketidaksempurnaan dalam jalur magnetik akan menimbulkan kerumitan data apabila keris bergerak ke belakang dan sebagainya.
"Medan medan magnet masuk dan ini seperti kepantasan kelajuan yang muncul dan hilang. Dan dengan jurang yang muncul dan hilang, jurang antara kehendak anda telah hilang," kata Foster.
Bagaimana beg boleh menyelesaikan masalah
Perkara yang benar-benar menarik di sini, Foster berkata, beg skyrmion tidak kehilangan antiskyrmions dari masa ke masa atau ketika mereka melewati "bumps laju magnet".
Letakkan sekelompok beg skyrmion pada peranti pacuan kuda, para penyelidik dalam kajian baru menulis, dan komputer dapat mengkodekan dan mengambil data berdasarkan jumlah antiskyrmions dalam setiap beg yang dilalui di bawah pembaca.
"Rakan saya sangat teruja dengan idea bahawa anda juga boleh meningkatkan ketumpatan data dengan cara ini," kata Foster.
Di mana simpanan komputer konvensional bergantung pada hanya 1s dan 0s, beliau berkata, sistem beg skyrmion boleh menggunakan 0s, 1s, 2s, 3s dan sebagainya. Ini akan membuka pintu kepada bentuk pengkodan data yang lebih rumit yang dapat menampung lebih banyak maklumat ke ruang yang diberikan daripada kaedah binari tradisional yang boleh.
Ujian kristal cecair
Tiada siapa lagi yang berjaya membuat beg skyrmion pada jalur magnet. Tetapi selepas menguji konsep menggunakan simulasi komputer, Foster dan pasukannya di U.K. beralih kepada sekumpulan penyelidik di University of Colorado untuk membawa beg skyrmion yang pertama dikenali ke dunia.
Biasanya, ahli fizik berfikir tentang kepintaran sebagai perkara yang wujud dalam medan magnet. Tetapi zarah juga boleh wujud dalam bahan lain, seperti kristal cecair - sejajar, tegar, molekul seperti batang - yang mengisi skrin pada komputer riba dan beberapa telefon bimbit.
Dengan ketepatan "penjejakan optik", pasukan University of Colorado (diketuai oleh eksperimental Ivan Smalyukh) "menarik" beg skyrmion dalam kristal cair, kata Jung-Shen Tai, seorang pelajar fizik dalam makmal.
Beg skirmion kekal kekal dalam bahan kristal dan kelihatan apabila para penyelidik mengintip ke arah mereka melalui mikroskop. Itu (bersama dengan simulasi komputer) adalah bukti kukuh bahawa beg skyrmion juga akan stabil dalam magnet, kata Foster.
Setakat ini, tiada siapa yang dilaporkan membina mana-mana peranti penyimpanan litar perlumbaan dunia sebenar, apalagi peranti simpanan bergantung kepada beg skyrmion. Tetapi peranti sedemikian akan datang, Foster menegaskan.
"Saya sudah tahu orang sedang bekerja di geran untuk membuat perkara ini," katanya.
