Có những hình thù ma quái ẩn trong từ trường.
Chúng không được làm bằng vật liệu theo cách tia sét hoặc chùm ánh sáng. Một tia sáng mang theo một nhóm electron khá xác định từ trên trời xuống mặt đất. Sunshine mà lượt truy cập khuôn mặt của bạn bao gồm chủ yếu là các photon tương tự mà đi hàng triệu dặm từ mặt trời.
Nhưng từ trường chứa những thứ gọi là skyrmions khác với electron và photon; skyrmion là một nút của các đường sức từ lặp quanh nhau. Khi nó trôi từ điểm này sang điểm khác, một skyrmion tự tạo ra một lần nữa từ các đường sức từ đã có ở đó. Các nút thắt giữ với nhau vì các đường sức từ trường chống lại việc đi qua nhau. Vì vậy, trong khi skyrmions là không đáng kể và khác với các đối tượng chúng ta thường nghĩ về, chúng hoạt động như những thứ hữu hình hơn.
Các nhà vật lý gọi các skyrmions này là "quasiparticles", và nghi ngờ họ có thể giải thích các hiện tượng khác nhau như bóng sét và cấu trúc hạt nhân của một nguyên tử. Bây giờ, trong một bài báo mới, các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng skyrmions có thể được nhồi vào nhau, mang hình dạng hoàn toàn mới. Các nhà nghiên cứu cho biết những "túi skyrmion" này là những vật thể hấp dẫn theo cách riêng của họ, nhưng những thứ kỳ quái cũng có thể hữu ích cho điện toán tương lai, các nhà nghiên cứu cho biết.
Nhét chúng vào túi
Nhóm nghiên cứu đã tiết lộ những chiếc túi skyrmion trong một bài báo xuất bản ngày 1 tháng 4 trên tạp chí Nature Vật lý. Kết quả dựa trên sự tương đồng quan trọng giữa các quasiparticles ma và chất rắn: sự tồn tại của các phản hạt.
Giống như các proton có các phản proton đối nghịch tiêu diệt lẫn nhau khi tiếp xúc với nhau, skyrmions có antiskyrmions.
David Foster, một nhà vật lý tại Đại học Birmingham ở Anh và là một trong những tác giả chính của nghiên cứu mới cho biết: "Antiskyrmion là một skyrmion.
Vì vậy, nếu một đường sức từ hướng về phía bắc trong bầu trời, nó sẽ chỉ về phía nam trong một phản xạ. Nhưng antiskyrmions và skyrmions mạnh mẽ đẩy nhau. Điều đó hóa ra là chìa khóa để xây dựng túi skyrmion, các nhà nghiên cứu cho biết.
Foster nói với Live Science: "Nếu tôi lấy skyrmion và tôi kéo dài nó ra một chút và tôi lấy antiskyrmion và đặt nó vào trung tâm của nó thì họ sẽ không hủy diệt. Đó là một công trình ổn định".
Hơn nữa, các nhà nghiên cứu nhận ra, một khi bầu trời đã được kéo dài, bạn có thể nhét thêm nhiều chất chống lại bên trong nó.
Và nhận thức đó, Foster nói, đã mở ra một lần nữa cho một ý tưởng sáu năm về việc đưa skyrmions hoạt động.
Lưu trữ Skyrmion
Quay trở lại năm 2013, một bộ ba nhà nghiên cứu đã đề xuất một "thiết bị bộ nhớ đường đua skyrmion" trên tạp chí Nature Nanotech.
Ý tưởng là các mẫu từ tính nhỏ có thể đưa ra một giải pháp cho một vấn đề cơ bản trong thiết kế máy tính: tiêu thụ điện.
"Nếu bạn xem xét một ổ đĩa cứng kiểu cũ, là một loại đĩa quay, nó sẽ tốn rất nhiều năng lượng", Foster nói.
Đề xuất thay thế năng lượng thấp của các nhà nghiên cứu năm 2013 sẽ tận dụng thực tế là một dòng điện rất nhỏ gây ra các bầu trời trên bề mặt từ tính để di chuyển nhanh chóng.
Có lẽ, các nhà nghiên cứu đề xuất, nếu bạn lấy một dải vật liệu từ tính dài, mỏng (đường đua) và nạp nó bằng skyrmions, bạn có thể mã hóa dữ liệu vào vật liệu từ tính trong các khoảng trống giữa các quasiparticles. Ví dụ, một đầu đọc từ có thể hiểu khoảng cách dài giữa skyrmions là nhị phân 1 và khoảng cách ngắn là nhị phân 0 chẳng hạn.
Sau đó, để lấy dữ liệu được lưu trữ đó, một dòng điện có thể đẩy các skyrmion vào quét qua lại dưới một đầu đọc từ tính. Phải mất rất ít năng lượng để di chuyển skyrmions qua lại trên bề mặt từ tính, vì vậy thiết bị thu được có thể rất hiệu quả.
Nhưng ý tưởng đã có một số vấn đề cơ bản, Foster nói. Mặc dù skyrmions khá ổn định, khoảng cách giữa chúng không có. Theo thời gian, sự không hoàn hảo trong các dải từ sẽ làm rối dữ liệu khi các skyrmions di chuyển qua lại.
"Từ trường đi lạc đi vào. Và điều này giống như những cú va chạm tốc độ xuất hiện và biến mất. Và với những khoảng trống xuất hiện và biến mất, khoảng trống giữa ý chí của bạn đã bị mất", Foster nói.
Làm thế nào túi có thể giải quyết vấn đề
Điều thực sự thú vị ở đây, Foster nói, là túi skyrmion không bị mất chất chống lại theo thời gian hoặc khi chúng vượt qua "va chạm tốc độ" từ tính.
Các nhà nghiên cứu trong nghiên cứu mới đã viết, đặt một loạt các túi skyrmion trên một thiết bị đua, và một máy tính có thể mã hóa và truy xuất dữ liệu dựa trên số lượng antiskyrmions trong mỗi túi đi qua đầu đọc.
"Các đồng nghiệp của tôi thực sự hào hứng với ý tưởng rằng bạn cũng có thể tăng mật độ dữ liệu theo cách này", Foster nói.
Trường hợp lưu trữ máy tính thông thường chỉ dựa vào 1 và 0, hệ thống túi skyrmion có thể sử dụng 0, 1, 2, 3, v.v. Điều đó sẽ mở ra cơ hội cho các hình thức mã hóa dữ liệu phức tạp hơn nhiều có thể đưa nhiều thông tin hơn vào một không gian nhất định so với phương pháp nhị phân truyền thống có thể.
Thử nghiệm tinh thể lỏng
Không ai có thể tạo ra một túi skyrmion trên một dải từ tính. Nhưng sau khi thử nghiệm khái niệm sử dụng mô phỏng máy tính, Foster và nhóm của ông ở Hoa Kỳ đã chuyển sang một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học Colorado để đưa những chiếc túi skyrmion đầu tiên được biết đến vào thế giới.
Thông thường, các nhà vật lý nghĩ về skyrmions như những thứ tồn tại trong từ trường. Nhưng các hạt cũng có thể tồn tại trong các chất khác, như các tinh thể lỏng - các phân tử thẳng, cứng, giống hình que - lấp đầy màn hình trên máy tính xách tay của bạn và một số điện thoại di động.
Với "nhíp quang học" chính xác, nhóm nghiên cứu của Đại học Colorado (đứng đầu là nhà thực nghiệm Ivan Smalyukh) đã "vẽ" túi skyrmion trong tinh thể lỏng, Jung-Shen Tai, một sinh viên tốt nghiệp vật lý trong phòng thí nghiệm cho biết.
Những túi skyrmion này vẫn không thể xóa được trong chất kết tinh và có thể nhìn thấy khi các nhà nghiên cứu nhìn chúng qua kính hiển vi. Điều đó (cùng với mô phỏng máy tính) là bằng chứng mạnh mẽ cho thấy túi skyrmion cũng sẽ ổn định trong nam châm, Foster nói.
Cho đến nay, không ai báo cáo xây dựng bất kỳ thiết bị lưu trữ đường đua trong thế giới thực, chứ chưa nói đến các thiết bị lưu trữ dựa trên túi skyrmion. Nhưng những thiết bị như vậy đang đến, Foster nhấn mạnh.
"Tôi đã biết mọi người đang làm việc trên các khoản tài trợ để thực hiện những điều này", ông nói.
