Một đại diện của một nghệ sĩ về các từ trường lồng vào nhau của skyrmion.
(Ảnh: © Tiến bộ khoa học / Creative Commons)
Một skyrmion có thể được mô tả như một hạt bán nguyệt xoáy, một nút thắt của các đường trường xoắn hoặc một cơn bão hạ nguyên tử. Chúng cũng là một trong những khái niệm vật lý khó hiểu nhất đối với con người. Đó là bởi vì các nhiễu loạn kích thước nano này dễ mô tả nhất về mặt toán học và, mặc dù đã được biết đến gần 60 năm, các nhà vật lý mới chỉ bắt đầu tìm thấy các ứng dụng thực tế cho skyrmions.
Lịch sử của skyrmions
Skyrmions được đặt theo tên của nhà vật lý hạt nhân người Anh Tony Skyrme, người đầu tiên đề xuất sự tồn tại của họ vào năm 1961. Ý tưởng của ông là mô hình các thực thể hạ nguyên tử như proton và neutron bằng cách sử dụng các xoắn xoắn trong trường lượng tử mà tất cả các hạt sở hữu, theo Hiệp hội Vật lý Hoa Kỳ. Mặc dù khái niệm này hữu ích theo nhiều cách, chẳng hạn như dự đoán chính xác một số tính chất của các hạt cơ bản như quark và gluon, nó đã vật lộn với các khía cạnh khác của hành vi hạt nhân.
Ý tưởng cuối cùng đã được thay thế bởi một lý thuyết được gọi là động lực học nhiễm sắc thể lượng tử, thành công hơn trong việc mô hình hóa các hạt hạ nguyên tử. Nhưng skyrmions đã được hồi sinh bởi các nhà nghiên cứu làm việc trên từ trường, cũng có thể được dỗ thành hình thành các xoáy giống như xoáy.
Trong một bầu trời từ tính, các đường sức từ thắt nút quấn quanh nhau như các vòng chìa khóa móc vào các vòng chìa khóa khác, tạo ra một hình dạng quy mô nanomet đó là không thể kéo ra mà không phá vỡ các vòng. Trong một từ trường, sự hình thành có thể trôi dạt từ điểm này sang điểm khác, với bầu trời làm cho nó một lần nữa từ các dòng tại bất kỳ vị trí nhất định.
Skyrmions tốt cho cái gì?
Vì skyrmions rất nhỏ và ổn định, các nhà vật lý quan tâm đến việc kiểm soát các thực thể giống như hạt này để sử dụng trong các máy tính tương lai và lưu trữ bộ nhớ điện tử, theo Vật lý ngày nay. Ban đầu, các nhà nghiên cứu chỉ có thể tạo ra các bầu trời từ tính trong các vật liệu đã được làm lạnh đến nhiệt độ rất lạnh, nhưng giờ đây chúng được sản xuất thường xuyên trong các vật thể ở nhiệt độ phòng.
Vì cần ít năng lượng để duy trì và truy cập dữ liệu điện tử được lưu trữ trong bầu trời từ tính, các kỹ sư nghĩ rằng các hạt này có thể tạo ra thiết bị lưu trữ bộ nhớ rất hiệu quả. Một lĩnh vực mới nổi gọi là skyrmionics hiện được dành riêng để tạo ra các thiết bị thế hệ tiếp theo như vậy.
Skyrmions cũng có thể giải thích một hiện tượng kỳ lạ và bí ẩn được gọi là sấm sét - một quả cầu phát sáng hiếm hoi có thể xuất hiện trong cơn giông bão và lướt qua không trung, vượt xa tia sét lởm chởm nổi tiếng hơn. Vào năm 2018, một nhóm nghiên cứu đã đề xuất rằng các quá trình tự nhiên bằng cách nào đó tạo ra các nút thắt phát sinh trong skyrmions là cùng một quá trình tạo ra bóng sét.
Các nhà nghiên cứu khác đã bắt đầu hồi sinh các mô hình ban đầu của Skyrme và đã sửa đổi chúng để giải thích rõ hơn các khái niệm trong vật lý hạt nhân, như dự đoán hành vi và hình dạng của hạt nhân.
Tài nguyên bổ sung:
- Tìm hiểu thêm về việc sử dụng skyrmions trong công nghệ điện toán, từ Kỹ thuật & Công nghệ.
- Tìm hiểu thêm về skyrmions như thế hệ lưu trữ dữ liệu tiếp theo, từ Berkeley Lab.
- Xem Skyrmion là gì? Từ Tin tức khoa học.
