Αναπαράσταση ενός καλλιτέχνη των αλληλοσυνδεόμενων μαγνητικών πεδίων του skyrmion.
(Εικόνα: © Science Advances / Creative Commons)
Ένα skyrmion μπορεί να περιγραφεί ως ένα περιστρεφόμενο σχεδόν σωματίδιο, ένας κόμβος στρεβλώσεων γραμμών πεδίου, ή ένας υποατομικός τυφώνας. Είναι επίσης μια από τις πιο δύσκολες έννοιες της φυσικής για να κατανοήσουν οι άνθρωποι. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι αυτές οι διαταραχές νανο-μεγέθους είναι πιο εύκολο να περιγραφούν μαθηματικά και, παρά το γεγονός ότι είναι γνωστές για σχεδόν 60 χρόνια, οι φυσικοί μόλις πρόσφατα άρχισαν να βρίσκουν πρακτικές εφαρμογές για φεγγίτες.
Ιστορία των ουρανών
Το Skyrmions ονομάζεται για τον Βρετανό πυρηνικό φυσικό Tony Skyrme, ο οποίος πρότεινε για πρώτη φορά την ύπαρξή τους το 1961. Η ιδέα του ήταν να μοντελοποιήσει υποατομικές οντότητες όπως πρωτόνια και νετρόνια χρησιμοποιώντας συνεστραμμένες ανατροπές στο κβαντικό πεδίο που διαθέτουν όλα τα σωματίδια, σύμφωνα με την Αμερικανική Φυσική Εταιρεία. Ενώ η ιδέα ήταν χρήσιμη με πολλούς τρόπους, όπως η ακριβής πρόβλεψη ορισμένων ιδιοτήτων των θεμελιωδών σωματιδίων όπως τα κουάρκ και τα γλουόνια, αγωνίστηκε με άλλες πτυχές της πυρηνικής συμπεριφοράς.
Η ιδέα τελικά αντικαταστάθηκε από μια θεωρία γνωστή ως κβαντική χρωμοδυναμική, η οποία ήταν πιο επιτυχής στη μοντελοποίηση των υποατομικών σωματιδίων. Αλλά οι φεγγίτες έχουν αναζωογονηθεί από ερευνητές που εργάζονται σε μαγνητικά πεδία, τα οποία μπορούν επίσης να παρακινηθούν για να σχηματίσουν στροβιλισμούς που μοιάζουν με δίνη.
Σε ένα μαγνητικό φεγγίτη, οι δεμένες γραμμές μαγνητικού πεδίου τυλίγονται μεταξύ τους όπως μπρελόκ που συνδέονται με άλλους δακτυλίους, δημιουργώντας ένα σχήμα κλίμακας νανομέτρου αυτό είναι αδύνατο να χωριστούν χωρίς να σπάσουν τα δαχτυλίδια. Σε ένα μαγνητικό πεδίο, ο σχηματισμός μπορεί να μετατοπιστεί από το ένα σημείο στο άλλο, με το φεγγίτη ανανεώνεται από γραμμές σε οποιαδήποτε δεδομένη τοποθεσία.
Σε τι χρησιμεύουν τα skyrmions;
Επειδή τα skyrmions είναι τόσο μικρά και σταθερά, οι φυσικοί ενδιαφέρονται να ελέγξουν αυτές τις οντότητες που μοιάζουν με σωματίδια για χρήση σε φουτουριστικούς υπολογιστές και ηλεκτρονική αποθήκευση μνήμης, σύμφωνα με τη Φυσική Σήμερα. Αρχικά, οι ερευνητές μπορούσαν να προκαλέσουν μόνο μαγνητικούς φεγγίτες σε υλικά που είχαν ψυχθεί σε πολύ κρύες θερμοκρασίες, αλλά τώρα παράγονται συνήθως σε αντικείμενα θερμοκρασίας δωματίου.
Δεδομένου ότι χρειάζεται σχετικά λίγη δύναμη για τη συντήρηση και την ηλεκτρονική πρόσβαση σε δεδομένα που είναι αποθηκευμένα σε μαγνητικούς ουρανούς, οι μηχανικοί πιστεύουν ότι αυτά τα σωματίδια θα μπορούσαν να κάνουν πολύ αποδοτικές συσκευές αποθήκευσης μνήμης. Ένα αναδυόμενο πεδίο που ονομάζεται skyrmionics είναι τώρα αφιερωμένο στη δημιουργία τέτοιων συσκευών επόμενης γενιάς.
Το Skyrmions μπορεί επίσης να εξηγήσει ένα περίεργο και μυστηριώδες φαινόμενο γνωστό ως αστραπή μπάλα - μια σπάνια λαμπερή σφαίρα που μπορεί να εμφανιστεί κατά τη διάρκεια καταιγίδων και skitter μέσω του αέρα, που ξεπερνά κατά πολύ τον πιο γνωστό αστραπή. Το 2018, μια ομάδα πρότεινε ότι οι φυσικές διεργασίες που δημιουργούν κατά κάποιο τρόπο τους περιστρεφόμενους κόμβους που δημιουργούνται σε ουρανούς είναι οι ίδιες που παράγουν αστραπές.
Άλλοι ερευνητές έχουν αρχίσει να αναβιώνουν τα αρχικά μοντέλα της Skyrme και τα έχουν τροποποιήσει για να εξηγήσουν καλύτερα τις έννοιες της πυρηνικής φυσικής, όπως προβλέποντας τη συμπεριφορά και το σχήμα των πυρήνων.
Επιπρόσθετοι πόροι:
- Μάθετε περισσότερα σχετικά με τη χρήση των skyrmions στην τεχνολογία υπολογιστών, από το Engineering & Technology.
- Μάθετε περισσότερα για το skyrmions ως την επόμενη γενιά αποθήκευσης δεδομένων, από το Berkeley Lab.
- Παρακολουθήστε τι είναι ένα Skyrmion; Από το Science News.
