En konstnärs representation av skyrmionens sammankopplade magnetfält.
(Bild: © Science Advances / Creative Commons)
En skyrmion kan beskrivas som en virvlande kvasipartikel, en knut av vridande fältlinjer eller en subatomisk orkan. De är också ett av de svåraste fysikbegreppen för människor att förstå. Det beror på att dessa störningar i nanostorlek är lättast att beskriva matematiskt och trots att de är kända för nästan 60 år har fysiker bara nyligen börjat hitta praktiska tillämpningar för skyrmioner.
Skyrmions historia
Skyrmions är uppkallad efter den brittiska kärnfysikern Tony Skyrme, som först föreslog deras existens 1961. Hans idé var att modellera subatomära enheter som protoner och neutroner med hjälp av veckade vändningar i kvantfältet som alla partiklar har, enligt American Physical Society. Även om konceptet var användbart på många sätt, som att exakt förutsäga några av egenskaperna hos grundläggande partiklar som kvarkar och gluoner, kämpade det med andra aspekter av kärnbeteende.
Idén ersattes så småningom av en teori känd som kvantkromodynamik, som var mer framgångsrik vid modellering av subatomära partiklar. Men skyrmioner har återupplivats av forskare som arbetar med magnetfält, som också kan koxas till att bilda virvelliknande virvlar.
I en magnetisk skyrmion lindas de knutna magnetfältlinjerna runt varandra som nyckelringar som ansluter sig till andra nyckelringar, skapa en nanometerskala det är omöjligt att dra isär utan att bryta ringarna. I ett magnetfält kan formationen driva från en plats till en annan, med skyrmion gör sig själv på nytt från linjer på en given plats.
Vad är skyrmions bra för?
Eftersom skyrmions är så små och stabila, är fysiker intresserade av att kontrollera dessa partikelliknande enheter för användning i futuristiska datorer och elektronisk minneslagring, enligt Physics Today. Ursprungligen kunde forskare bara inducera magnetiska skyrmioner i material som hade kylts till mycket kalla temperaturer, men de produceras nu rutinmässigt i rumstemperaturobjekt.
Eftersom det kräver relativt liten ström att underhålla och elektroniskt få tillgång till data lagrade i magnetiska skyrmioner, tror ingenjörerna att dessa partiklar kan göra för mycket effektiva minneslagringsenheter. Ett tillväxtfält som kallas skyrmionics ägnar sig nu åt att skapa sådana nästa generations apparater.
Skyrmions kan också förklara ett konstigt och mystiskt fenomen som kallas kulblixten - en sällsynt glödande orb som kan uppträda under åskväder och skitter i luften, som överlägset den mer välkända taggade blixtnedslag. År 2018 föreslog ett team att de naturliga processerna som på något sätt skapar de virvlande knutarna som uppstår i skyrmioner är samma som producerar bollnedslag.
Andra forskare har börjat återuppliva Skyrmes ursprungliga modeller och har modifierat dem för att bättre förklara begrepp inom kärnfysik, t.ex. förutsäga kärnornas beteende och form.
Ytterligare resurser:
- Läs mer om användningen av skyrmions i datorteknik, från Engineering & Technology.
- Läs mer om skyrmions som nästa generations datalagring från Berkeley Lab.
- Titta på Vad är en Skyrmion? Från Science News.
