Ci sono forme spettrali nascoste nei campi magnetici.
Non sono fatti di cose come un fulmine o un raggio di luce. Un fulmine trasporta un gruppo abbastanza definito di elettroni dal cielo fino a terra. Il sole che colpisce il tuo viso è costituito principalmente dagli stessi fotoni che hanno viaggiato milioni di miglia dal sole.
Ma i campi magnetici contengono cose chiamate skyrmions che sono diverse da elettroni e fotoni; uno skyrmion è un nodo di linee di campo magnetico che si avvolgono l'una attorno all'altra. Mentre si sposta da un punto all'altro, uno skyrmion si fa di nuovo fuori dalle linee del campo magnetico che sono già lì. Il nodo tiene insieme perché le linee del campo magnetico resistono al passaggio reciproco. Quindi, mentre gli skyrmion sono inconsistenti e diversi dagli oggetti a cui siamo abituati a pensare, si comportano come cose più tangibili.
I fisici chiamano questi skyrmions "quasiparticelle" e sospettano di poter spiegare fenomeni disparati come il lampo di palla e la struttura nucleare di un atomo. Ora, in un nuovo articolo, i ricercatori hanno dimostrato che gli skyrmions possono essere inseriti l'uno nell'altro, assumendo una forma completamente nuova. Queste "borse skyrmion gonfiate" sono oggetti affascinanti a sé stanti, ma le cose bizzarre potrebbero anche essere utili per il calcolo futuristico, hanno detto i ricercatori.
Riponili in una borsa
Il team ha rivelato le borse skyrmion in un articolo pubblicato il 1 aprile sulla rivista Nature Physics. Il risultato si basa su una somiglianza chiave tra le quasiparticelle spettrali e la materia solida: l'esistenza di antiparticelle.
Proprio come i protoni hanno antiprotoni di controparte che si annichilano a contatto l'uno con l'altro, gli skyrmion hanno antiskyrmions.
"Un antiskyrmion è uno skyrmion in cui tutti i numeri sono invertiti", ha affermato David Foster, fisico presso l'Università di Birmingham in Inghilterra e uno dei principali autori del nuovo studio.
Quindi, se una linea di campo magnetico punta a nord in uno skyrmion, indicherebbe a sud in un antiskyrmion. Ma antiskyrmions e skyrmions si respingono potentemente l'un l'altro. Questo si è rivelato essere la chiave per la costruzione di borse skyrmion, hanno detto i ricercatori.
"Se prendo uno skyrmion e lo allungo un po 'e prendo un antiskyrmion e lo posiziono al centro di esso ... non si annichileranno. È una costruzione stabile", ha detto Foster a Live Science.
Inoltre, i ricercatori hanno capito che una volta che uno skyrmion è stato allungato, puoi aggiungere ancora più antiskyrmions al suo interno.
E quella realizzazione, ha detto Foster, ha riaperto la porta a un'idea di sei anni di mettere al lavoro gli skyrmions.
Deposito di Skyrmion
Nel 2013, un trio di ricercatori ha proposto un "dispositivo di memoria per pista da skyrmion" teorico sulla rivista Nature Nanotechnology.
L'idea era che i piccoli schemi magnetici potessero offrire una soluzione a un problema di base nella progettazione dei computer: il consumo di elettricità.
"Se si considera un disco rigido vecchio stile, che è una sorta di disco rotante, richiede molta energia", ha detto Foster.
La proposta di sostituzione a bassa potenza dei ricercatori del 2013 trarrebbe vantaggio dal fatto che una corrente molto piccola fa scorrere rapidamente gli skyrmions su una superficie magnetica.
Forse, hanno suggerito quei ricercatori, se prendessi una lunga e sottile striscia di materiale magnetico (la pista) e la carichi di skyrmions, potresti codificare i dati nel materiale magnetico in spazi vuoti tra le quasiparticelle. Un lettore magnetico potrebbe interpretare un lungo divario tra gli skyrmions come 1 binario e un breve divario come uno 0 binario, per esempio.
Per recuperare quei dati memorizzati, quindi, una corrente elettrica potrebbe spingere gli skyrmions a spostarsi avanti e indietro sotto un lettore magnetico. Ci vuole pochissima potenza per spostare gli skyrmions avanti e indietro lungo una superficie magnetica, quindi il dispositivo risultante potrebbe essere molto efficiente.
Ma l'idea aveva alcuni problemi di base, ha detto Foster. Mentre gli skyrmions sono abbastanza stabili, gli spazi tra loro non lo sono. Nel tempo, le imperfezioni nelle strisce magnetiche confondevano i dati mentre gli skyrmions si muovevano avanti e indietro.
"I campi magnetici vaganti entrano. E questo è come i dossi che appaiono e scompaiono. E con quegli spazi che appaiono e scompaiono, gli spazi tra la tua volontà sono andati persi", ha detto Foster.
Come le borse potrebbero risolvere il problema
La cosa davvero interessante qui, ha detto Foster, è che le borse skyrmion non perdono antiskyrmions nel tempo o quando passano sopra i "dossi" magnetici.
Metti un sacco di borse skyrmion su un dispositivo da pista, scrivevano i ricercatori nel nuovo studio, e un computer poteva codificare e recuperare i dati in base al numero di antiskyrmions in ogni borsa che passa sotto il lettore.
"I miei colleghi sono davvero entusiasti dell'idea che si possa anche aumentare la densità dei dati in questo modo", ha detto Foster.
Laddove l'archiviazione su computer convenzionale si basa solo su 1 e 0, ha affermato, un sistema di skyrmion bag può utilizzare 0, 1, 2, 3 e così via. Ciò aprirebbe le porte a forme molto più complesse di codifica dei dati che potrebbero contenere molte più informazioni in un determinato spazio rispetto a un metodo binario tradizionale.
Il test a cristalli liquidi
Nessuno è ancora riuscito a realizzare una borsa skyrmion su una striscia magnetica. Ma dopo aver testato il concetto usando simulazioni al computer, Foster e il suo team nel Regno Unito si sono rivolti a un gruppo di ricercatori dell'Università del Colorado per portare al mondo le prime borse skyrmion conosciute.
In genere, i fisici pensano agli skyrmions come cose che esistono nei campi magnetici. Ma le particelle possono anche esistere in altre sostanze, come i cristalli liquidi - molecole allineate, rigide, simili a bastoncini - che riempiono gli schermi sul tuo laptop e su alcuni cellulari.
Con precisione "pinzette ottiche", il team dell'Università del Colorado (guidato dallo sperimentale Ivan Smalyukh) "disegnò" borse skyrmion nel cristallo liquido, ha detto Jung-Shen Tai, uno studente laureato in fisica in laboratorio.
Queste sacche di skyrmion sono rimaste indelebili nella sostanza cristallina e visibili quando i ricercatori le hanno scrutate al microscopio. Questo (insieme alla simulazione al computer) è una prova evidente che i sacchetti di skyrmion sarebbero anche stabili nei magneti, ha detto Foster.
Finora, nessuno ha riferito di aver costruito dispositivi di archiviazione in pista nel mondo reale, per non parlare di dispositivi di archiviazione basati su skyrmion bag. Ma tali dispositivi stanno arrivando, ha insistito Foster.
"So già che le persone stanno lavorando a sovvenzioni per realizzare queste cose", ha detto.
