Joseph Norman
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Ci sono forme spettrali nascoste nei campi magnetici.
Non sono fatti di roba come un fulmine o un raggio di luce. Un fulmine trasporta un gruppo abbastanza definito di elettroni dal cielo fino al suolo. La luce del sole che colpisce il tuo viso è composta principalmente dagli stessi fotoni che hanno viaggiato per milioni di miglia dal sole.
Ma i campi magnetici contengono cose chiamate skyrmion che sono diverse da elettroni e fotoni; uno skyrmion è un nodo di linee di campo magnetico che si avvolgono l'una attorno all'altra. Mentre si sposta da un punto all'altro, uno skyrmion si fa di nuovo fuori dalle linee del campo magnetico che sono già presenti. Il nodo tiene insieme perché le linee del campo magnetico resistono al passaggio l'una nell'altra. Quindi, mentre gli skyrmion sono inconsistenti e diversi dagli oggetti a cui siamo abituati a pensare, si comportano come cose più tangibili. [9 fatti interessanti sui magneti]
I fisici chiamano questi skyrmion "quasiparticelle" e sospettano che possano spiegare fenomeni così disparati come il fulmine globulare e la struttura nucleare di un atomo. Ora, in un nuovo articolo, i ricercatori hanno dimostrato che gli skyrmion possono essere infilati l'uno nell'altro, assumendo una forma completamente nuova. Queste "borse skyrmion" gonfie sono oggetti affascinanti di per sé, ma le cose bizzarre potrebbero anche essere utili per l'informatica futuristica, hanno detto i ricercatori.
Mettili in una borsa
Il team ha rivelato le borse skyrmion in un documento pubblicato il 1 aprile sulla rivista Nature Physics. Il risultato si basa su una somiglianza chiave tra le quasiparticelle spettrali e la materia solida: l'esistenza di antiparticelle.
Proprio come i protoni hanno antiprotoni controparti che si annichilano a vicenda al contatto l'uno con l'altro, gli skyrmion hanno antiskyrmion.
"Un antiskyrmion è uno skyrmion in cui tutti i numeri sono invertiti", ha detto David Foster, fisico dell'Università di Birmingham in Inghilterra e uno degli autori principali del nuovo studio.
Quindi, se una linea del campo magnetico punta a nord in uno skyrmion, punta a sud in un antiskyrmion. Ma gli antiskyrmion e gli skyrmion si respingono con forza a vicenda. Questa si è rivelata la chiave per costruire borse skyrmion, hanno detto i ricercatori.
"Se prendo uno skyrmion e lo allungo un po 'e prendo un antiskyrmion e lo metto al centro [lo skyrmion] ... non si annienteranno. È una costruzione stabile", ha detto Foster .
Inoltre, hanno capito i ricercatori, una volta che uno skyrmion è stato allungato, puoi riempire ancora più antiskyrmion al suo interno.
E quella consapevolezza, ha detto Foster, ha aperto di nuovo la porta a un'idea di sei anni di mettere al lavoro gli skyrmion.
Deposito Skyrmion
Già nel 2013, un trio di ricercatori ha proposto un teorico "dispositivo di memoria da pista skyrmion" sulla rivista Nature Nanotechnology.
L'idea era che i piccoli schemi magnetici potessero offrire una soluzione a un problema fondamentale nella progettazione di computer: il consumo di elettricità.
"Se si considera un disco rigido vecchio stile, che è una sorta di disco rotante, ci vuole molta energia", ha detto Foster.
La sostituzione a bassa potenza proposta dai ricercatori del 2013 trarrebbe vantaggio dal fatto che una corrente molto piccola fa sì che gli skyrmions su una superficie magnetica si muovano rapidamente..
Forse, hanno suggerito quei ricercatori, se prendessi una striscia lunga e sottile di materiale magnetico (la pista) e la caricassi con skyrmions, potresti codificare i dati nel materiale magnetico negli spazi tra le quasiparticelle. Un lettore magnetico potrebbe interpretare un lungo intervallo tra gli skyrmions come 1 binario e un breve intervallo come 0 binario, ad esempio.
Per recuperare i dati memorizzati, quindi, una corrente elettrica potrebbe spingere gli skyrmions a spostarsi avanti e indietro sotto un lettore magnetico. Ci vuole pochissima potenza per spostare gli skyrmions avanti e indietro lungo una superficie magnetica, quindi il dispositivo risultante potrebbe essere molto efficiente.
Ma l'idea aveva alcuni problemi di base, ha detto Foster. Mentre gli skyrmion sono abbastanza stabili, gli spazi tra loro non lo sono. Nel corso del tempo, le imperfezioni nelle strisce magnetiche avrebbero confuso i dati mentre gli skyrmions si muovevano avanti e indietro.
"I campi magnetici vaganti entrano. E questo è come dossi di velocità che appaiono e scompaiono. E con quegli spazi che appaiono e scompaiono, gli spazi tra i tuoi [skyrmion] saranno andati persi", ha detto Foster.
Come le borse potrebbero risolvere il problema
La cosa davvero interessante qui, ha detto Foster, è che le borse skyrmion non perdono antiskyrmion nel tempo o quando passano su "dossi di velocità" magnetici.
Metti un mucchio di borse skyrmion su un dispositivo da pista, hanno scritto i ricercatori del nuovo studio, e un computer potrebbe codificare e recuperare i dati in base al numero di antiskyrmion in ogni borsa che passano sotto il lettore.
"I miei colleghi sono davvero entusiasti dell'idea che si potrebbe anche aumentare la densità dei dati in questo modo", ha detto Foster. [9 numeri che sono più belli di Pi]
Laddove l'archiviazione del computer convenzionale si basa solo su 1 e 0, ha detto, un sistema di borse skyrmion potrebbe utilizzare 0, 1, 2, 3 e così via. Ciò aprirebbe la porta a forme molto più complesse di codifica dei dati che potrebbero inserire molte più informazioni in un dato spazio rispetto a un metodo binario tradizionale.
Il test a cristalli liquidi
Nessuno è ancora riuscito a realizzare una borsa skyrmion su una striscia magnetica. Ma dopo aver testato il concetto utilizzando simulazioni al computer, Foster e il suo team nel Regno Unito si sono rivolti a un gruppo di ricercatori dell'Università del Colorado per portare nel mondo le prime borse skyrmion conosciute..
In genere, i fisici pensano agli skyrmion come a cose che esistono nei campi magnetici. Ma le particelle possono esistere anche in altre sostanze, come i cristalli liquidi - molecole allineate, rigide, simili a bastoncini - che riempiono gli schermi del laptop e di alcuni cellulari. [Immagini: all'interno dei migliori laboratori di fisica del mondo]
Con "pinzette ottiche" di precisione, il team dell'Università del Colorado (guidato dallo sperimentatore Ivan Smalyukh) "ha disegnato" sacchetti di skyrmion nei cristalli liquidi, ha detto Jung-Shen Tai, uno studente laureato in fisica in laboratorio.
Queste borse skyrmion sono rimaste indelebili nella sostanza cristallina e visibili quando i ricercatori le hanno osservate attraverso i microscopi. Questo (insieme alla simulazione al computer) è una forte prova che i sacchetti di skyrmion sarebbero stabili anche nei magneti, ha detto Foster.
Finora, nessuno ha riferito di aver costruito dispositivi di archiviazione per i circuiti del mondo reale, per non parlare di dispositivi di archiviazione che si basano su borse skyrmion. Ma tali dispositivi stanno arrivando, ha insistito Foster.
"So già che le persone stanno lavorando su sovvenzioni per fare queste cose", ha detto.
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