هناك أشكال شبحية مخفية في المجالات المغناطيسية.
إنها ليست مصنوعة من أشياء في طريق الصاعقة أو شعاع الضوء. يحمل صاعق الإضاءة مجموعة محددة من الإلكترونات من السماء وصولاً إلى الأرض. تتكون أشعة الشمس التي تضرب وجهك في الغالب من نفس الفوتونات التي قطعت ملايين الأميال من الشمس.
لكن المجالات المغناطيسية تحتوي على أشياء تسمى skyrmions مختلفة عن الإلكترونات والفوتونات. Skyrmion هو عقدة من خطوط المجال المغناطيسي تدور حول بعضها البعض. بينما يتنقل من بقعة إلى أخرى ، يجعل skyrmion نفسه من خطوط المجال المغناطيسي الموجودة بالفعل. تتماسك العقدة مع بعضها البعض لأن خطوط المجال المغناطيسي تقاوم المرور عبر بعضها البعض. لذا ، في حين أن skyrmions غير جوهرية ومختلفة عن الأشياء التي اعتدنا على التفكير فيها ، فإنها تتصرف مثل أشياء ملموسة أكثر.
يُطلق الفيزيائيون على هذه المناطق الصخرية اسم "أشباه الجسيمات" ويشتبهون في أنهم يمكن أن يفسروا ظواهر متباينة مثل البرق الكروي والهيكل النووي للذرة. الآن ، في ورقة جديدة ، أظهر الباحثون أنه يمكن حشو skyrmions داخل بعضها البعض ، مع أخذ شكل جديد تمامًا. وقال الباحثون إن هذه "الحقائب المنفصلة" المنتفخة هي أشياء رائعة في حد ذاتها ، ولكن الأشياء الغريبة قد تكون مفيدة أيضًا في الحوسبة المستقبلية.
الاشياء في كيس
وكشف الفريق عن أكياس skyrmion في ورقة نشرت في 1 أبريل في مجلة Nature Physics. تعتمد النتيجة على تشابه رئيسي بين الجسيمات الشبحية والمادة الصلبة: وجود الجسيمات المضادة.
تمامًا مثلما تحتوي البروتونات على مضادات بروتينية مقابلة تقضي على بعضها البعض عند التلامس مع بعضها البعض ، فإن التنقيط يحتوي على مضاد للتشنجات.
قال ديفيد فوستر ، الفيزيائي بجامعة برمنغهام في إنجلترا وأحد المؤلفين الرئيسيين للدراسة الجديدة: "مضاد الانقلاب هو انقلاب حيث يتم عكس جميع الأعداد".
لذا ، إذا كان خط المجال المغناطيسي يشير إلى الشمال في skyrmion ، فإنه يشير إلى الجنوب في antyryrion. لكن المناهضة للانزعاج والتنزلق تتنافر بشدة. وقال الباحثون إن ذلك تبين أنه مفتاح بناء أكياس السكيريميون.
قال فوستر لـ Live Science: "إذا أخذت a skyrmion وقمت بتمديده قليلاً وأخذت antyryrion وقمت بوضعه في وسطه ... فلن يبيدوا. إنه بناء مستقر".
ما هو أكثر من ذلك ، أدرك الباحثون أنه بمجرد تمدد السكريمون ، يمكنك حشو المزيد من مضادات التشنج داخله.
وقال فوستر إن هذا الإدراك فتح الباب مرة أخرى لفكرة عمرها ستة أعوام حول وضع نباتات التنوب.
تخزين Skyrmion
في عام 2013 ، اقترح ثلاثة من الباحثين نظريًا "جهاز ذاكرة مضمار السباق" في مجلة Nature Nanotechnology.
كانت الفكرة هي أن الأنماط المغناطيسية الصغيرة قد تقدم حلاً لمشكلة أساسية في تصميم الكمبيوتر: استهلاك الكهرباء.
قال فوستر: "إذا كنت تفكر في استخدام محرك أقراص صلب قديم الطراز ، وهو نوع من الأقراص الدوارة ، فإنه يتطلب الكثير من الطاقة".
سوف يستفيد بديل الطاقة المنخفض الذي اقترحه الباحثون في عام 2013 من حقيقة أن تيارًا صغيرًا جدًا يتسبب في انقلاب سطح مغناطيسي بسرعة.
ربما ، اقترح هؤلاء الباحثون ، إذا أخذت شريطًا طويلًا ورفيعًا من المادة المغناطيسية (مضمار السباق) وقمت بتحميله بالتنقلات ، يمكنك ترميز البيانات في المادة المغناطيسية في فجوات بين الجسيمات شبه. يمكن للقارئ المغناطيسي تفسير فجوة طويلة بين skyrmions على أنها ثنائية 1 وفجوة قصيرة على أنها ثنائية 0 ، على سبيل المثال.
لاسترداد تلك البيانات المخزنة ، يمكن للتيار الكهربائي أن يدفع الانزلاقات إلى الصراخ ذهابًا وإيابًا تحت قارئ مغناطيسي. لا يتطلب الأمر سوى القليل من الطاقة لتحريك skyrmions ذهابًا وإيابًا على طول سطح مغناطيسي ، لذلك يمكن أن يكون الجهاز الناتج فعالًا للغاية.
وقال فوستر إن الفكرة واجهت بعض المشاكل الأساسية. في حين أن skyrmions مستقرة إلى حد ما ، فإن الفجوات بينهما ليست كذلك. بمرور الوقت ، ستؤدي العيوب الموجودة في الشرائط المغناطيسية إلى تشويش البيانات أثناء تحرك العوارض ذهابًا وإيابًا.
قال فوستر: "تأتي الحقول المغناطيسية الضالة. وهذا يشبه المطبات السريعة التي تظهر وتختفي. ومع ظهور هذه الفجوات وتلاشيها ، فإن الفجوات بين إرادتك قد فقدت".
كيف يمكن للأكياس أن تحل المشكلة
قال فوستر أن الشيء المثير حقًا هنا هو أن أكياس skyrmion لا تفقد مضادات التعرق بمرور الوقت أو عندما تمر فوق "مطبات السرعة" المغناطيسية.
وكتب الباحثون في الدراسة الجديدة وضع مجموعة من أكياس skyrmion على جهاز مضمار للسباق ، ويمكن لجهاز الكمبيوتر ترميز البيانات واسترجاعها بناءً على عدد مضادات التقلص في كل حقيبة تمر تحت القارئ.
قال فوستر: "إن زملائي متحمسون حقًا لفكرة أنه يمكنك أيضًا زيادة كثافة البيانات بهذه الطريقة".
حيث يعتمد تخزين الكمبيوتر التقليدي على 1s و 0s فقط ، كما قال ، يمكن أن يستخدم نظام أكياس skyrmion 0s ، 1s ، 2s ، 3s وما إلى ذلك. وهذا من شأنه أن يفتح الباب لأشكال أكثر تعقيدًا من ترميز البيانات التي يمكن أن تحشو المزيد من المعلومات في مساحة معينة أكثر من الطريقة الثنائية التقليدية.
اختبار الكريستال السائل
لم يتمكن أحد حتى الآن من صنع حقيبة سكيرميون على شريط مغناطيسي. ولكن بعد اختبار المفهوم باستخدام المحاكاة الحاسوبية ، لجأ فوستر وفريقه في المملكة المتحدة إلى مجموعة من الباحثين في جامعة كولورادو لإحضار أول أكياس skyrmion المعروفة إلى العالم.
عادة ، يعتقد الفيزيائيون أن الانقلابات هي أشياء موجودة في المجالات المغناطيسية. ولكن يمكن أن توجد الجزيئات أيضًا في مواد أخرى ، مثل البلورات السائلة - جزيئات متراصة وجامدة تشبه القضيب - تملأ الشاشات الموجودة على الكمبيوتر المحمول وبعض الهواتف المحمولة.
قال يونج شين تاي ، طالب دراسات عليا في الفيزياء في المختبر ، إنه باستخدام "ملاقط بصرية" دقيقة ، قام فريق جامعة كولورادو (الذي يرأسه التجريبي إيفان سماليوخ) "بسحب" أكياس متقلبة في البلورة السائلة.
بقيت أكياس السكيرميون هذه لا تُمحى في المادة البلورية ومرئية عندما نظر الباحثون إليها من خلال المجاهر. قال فوستر إن هذا (إلى جانب محاكاة الكمبيوتر) دليل قوي على أن أكياس skyrmion ستكون مستقرة أيضًا في المغناطيس.
حتى الآن ، لم يبلغ أحد عن بناء أي أجهزة تخزين مضمار السباق في العالم الحقيقي ، ناهيك عن أجهزة التخزين التي تعتمد على أكياس skyrmion. لكن فوستر أصر على أن مثل هذه الأجهزة قادمة.
وقال "أعرف بالفعل أن الناس يعملون على المنح لصنع هذه الأشياء".
