יש צורות רפאים הנסתרות בשדות מגנטיים.
הם לא עשויים דברים כמו שברק או קרן אור. בריח תאורה נושא קבוצה אלקטרונית מוגדרת למדי מהשמיים עד לקרקע. שמש שמשכה בפניכם מורכבת ברובה מאותם פוטונים שנסעו מיליוני מיילים מהשמש.
אך שדות מגנטיים מכילים דברים הנקראים skyrmions השונים מאלקטרונים ופוטונים; skyrmion הוא קשר של קווי שדה מגנטי המסתובבים זה בזה. כאשר הוא מתרחק ממקום למקום, סקירמיון הופך את עצמו מחדש לקווי השדה המגנטי שכבר נמצאים שם. הקשר מתחזק זה מכיוון שקווי שדה מגנטיים מתנגדים לעבור זה בזה. לכן, בעוד שמגזימות אינן מהותיות ושונות מחפצים שאנו רגילים לחשוב עליהם, הם מתנהגים כמו דברים מוחשיים יותר.
פיזיקאים מכנים את השטויות הללו "חלקיקים quasipicles", וחושדים שהם יכולים להסביר תופעות שונות כמו ברק הכדור והמבנה הגרעיני של אטום. כעת, במאמר חדש, החוקרים הראו שאפשר למלא את הכפפות זה לזה, ולקבל צורה חדשה לחלוטין. החוקרים אמרו כי "תיקי skyrmion" המצופים אותם הם אובייקטים מרתקים בפני עצמם, אך הדברים המוזרים עשויים להועיל גם למחשוב עתידני.
מלא אותם בשקית
הצוות חשף את שקיות skyrmion בעיתון שפורסם ב -1 באפריל בכתב העת Nature Physics. התוצאה נשענת על דמיון מרכזי בין החלקיקים הרוחניים והחומר המוצק: קיומם של חלקיקים.
בדיוק כמו שלפרוטונים יש אנטי-פרוטונים מקבילים שמכחידים זה את זה במגע זה עם זה, כך גם ל- skyrmions יש antiskyrmions.
דיוויד פוסטר, פיזיקאי מאוניברסיטת בירמינגהם באנגליה ואחד המחברים הראשיים של המחקר החדש, אמר: "אנטיספירמיון הוא תקיפה בה כל המספרים מתהפכים".
לכן, אם קו שדה מגנטי מצביע צפונה בסקירמיון, הוא היה מצביע דרומה באנטיסקירמיון. אבל אנטיסקרמיזות ושקירות דוחה זו את זו בעוצמה. התברר שזה המפתח לבניית שקיות skyrmion, אמרו החוקרים.
"אם אני לוקח skyrmion ואני מושט את זה קצת ואני לוקח antiskyrmion ומניח אותו במרכזו ... הם לא ישמידו. זה קונסטרוקציה יציבה," אמר פוסטר ל- Live Science.
מה שכן, החוקרים הבינו, ברגע שנמתח skyrmion, אתה יכול לתחום בתוכו עוד יותר antiskyrmions.
וההבנה ההיא, אמר פוסטר, פתחה את הדלת שוב לרעיון בן שש שנים על הכנת עבודות הרעש.
אחסון Skyrmion
עוד בשנת 2013, שלישת חוקרים הציעה "מכשיר זיכרון מסלול מרוצים" תיאורטי בכתב העת Nature Nanotechnology.
הרעיון היה שהתבניות המגנטיות הקטנות עשויות להציע פיתרון לבעיה בסיסית בעיצוב מחשבים: צריכת חשמל.
"אם אתה מחשיב כונן קשיח מיושן, שהוא סוג של דיסק מסתובב, זה דורש הרבה כוח", אמר פוסטר.
החלפת החוקרים המוצעת של החוקרים משנת 2013 תנצל את העובדה שזרם קטן מאוד גורם לגירויים על משטח מגנטי להתרוצץ במהירות.
אולי, החוקרים הציעו, אם היית לוקח רצועה ארוכה ודקה של חומר מגנטי (מסלול המירוץ) ומעמיס עליו סקירמיונים, אתה יכול לקודד נתונים לחומר המגנטי בפערים בין החלקיקים. קורא מגנטי יכול לפרש פער ארוך בין skyrmions כ- 1 בינארי לבין פער קצר כ- 0 בינארי, למשל.
כדי לאחזר את הנתונים המאוחסנים, אם כן, זרם חשמלי עלול לדחוף את השטויות לגלוש קדימה ואחורה מתחת לקורא מגנטי. דרוש מעט מאוד כוח בכדי להזיז skyrmions קדימה ואחורה לאורך משטח מגנטי, כך שהמכשיר המתקבל יכול להיות יעיל מאוד.
אבל לרעיון היו כמה בעיות בסיסיות, אמר פוסטר. בעוד שערכונים יציבים למדי, הפערים ביניהם אינם. עם הזמן, פגמים ברצועות המגנטיות היו מבלבלים את הנתונים כאשר השטויות נעות קדימה ואחורה.
"שדות מגנטיים מרוצפים נכנסים. וזה כמו בליטות מהירות שמופיעות ונעלמות. ועם הפערים האלה שנראים ונעלמים, הפערים בין הרצון שלך אבדו," אמר פוסטר.
כיצד תיקים יכולים לפתור את הבעיה
הדבר המעניין באמת כאן, אמר פוסטר, הוא ששקיות skyrmion אינן מאבדות antiskyrmions לאורך זמן או כשהן עוברות "פסי האטה מגנטיים".
שים חבורה של שקיות skyrmion על מכשיר מסלול מירוץ, כתבו החוקרים במחקר החדש, ומחשב יכול לקודד ולאחזר נתונים על סמך מספר הנמצאות נגד כל נשק בכל תיק שעוברים תחת הקורא.
"עמיתיי ממש מתרגשים מהרעיון שאפשר גם להגדיל את צפיפות הנתונים בדרך זו," אמר פוסטר.
כאשר אחסון מחשבים קונבנציונאלי מסתמך רק על 1 ו- 0, הוא אמר, מערכת תיקי skyrmion יכולה להשתמש ב- 0, 1, 2, 3, וכן הלאה. זה יפתח את הדלת לצורות מורכבות הרבה יותר של קידוד נתונים שיכולות להכניס מידע רב יותר לחלל נתון מכפי ששיטה בינארית מסורתית יכולה.
מבחן הגביש הנוזל
איש עדיין לא הצליח להכין שקית skyrmion על פס מגנטי. אך לאחר שבחנו את הרעיון באמצעות הדמיות מחשב, פוסטר וצוותו בבריטניה פנו לקבוצת חוקרים מאוניברסיטת קולורדו להביא לעולם את שקיות skyrmion הידועות.
בדרך כלל, פיזיקאים חושבים על skyrmions כדברים שקיימים בשדות מגנטיים. אבל החלקיקים יכולים להתקיים גם בחומרים אחרים, כמו גבישים נוזליים - מולקולות מיושרות, קשיחות ודומות למוט - הממלאות את המסכים במחשב הנייד ובכמה טלפונים סלולריים.
צוות "פינצטה אופטית" מדויק, צוות אוניברסיטת קולורדו (בראשות הניסוי איוון סמליוך) "משך" שקיות skyrmion בגביש הנוזל, אמר יונג-שן טאי, סטודנט לתואר שני בפיזיקה במעבדה.
שקיות skyrmion אלה נותרו בלתי ניתנות להחלפה בחומר הגבישי ונראו לעין כאשר החוקרים הציצו אליהם דרך מיקרוסקופים. זו (יחד עם הדמיית המחשבים) היא עדות חזקה לכך ששקיות skyrmion יהיו גם יציבות במגנטים, אמר פוסטר.
עד כה איש לא דיווח על בניית מכשירים לאחסון מסלולי מרוצים בעולם האמיתי, קל וחומר שמכשירי אחסון מסתמכים על שקיות skyrmion. אבל מכשירים כאלה מגיעים, התעקש פוסטר.
"אני כבר יודע שאנשים עובדים על מענקים כדי לעשות את הדברים האלה," אמר.
