En kunstners representasjon av skyrmionens sammenhengende magnetfelt.
(Bilde: © Science Advances / Creative Commons)
En skyrmion kan beskrives som en virvlende kvasipartikkel, en knute med kronglete feltlinjer eller en subatomisk orkan. De er også et av de vanskeligste fysikkbegrepene for mennesker å forstå. Det er fordi disse forstyrrelsene i nanostørrelse er lettest å beskrive matematisk, og til tross for at de er kjent om i nesten 60 år, har fysikere bare nylig begynt å finne praktiske bruksområder for skyrmions.
Historien om skyrmions
Skyrmions er oppkalt etter den britiske atomfysikeren Tony Skyrme, som først foreslo deres eksistens i 1961. Hans ide var å modellere subatomære enheter som protoner og nøytroner ved hjelp av snoede vendinger i kvantefeltet som alle partikler besitter, ifølge American Physical Society. Selv om konseptet var nyttig på mange måter, for eksempel å forutsi nøyaktig noen av egenskapene til grunnleggende partikler som kvarker og gluoner, slet det med andre aspekter ved kjernefysisk oppførsel.
Ideen ble til slutt erstattet av en teori kjent som kvante kromodynamikk, som var mer vellykket ved modellering av subatomære partikler. Men skyrmions har blitt gjenopplivet av forskere som arbeider med magnetiske felt, som også kan kobles til å danne virvellignende virvler.
I et magnetisk skyrmion vikles de knyttede magnetfeltlinjene rundt hverandre som nøkkelringer som henger fast i andre nøkkelringer, skape en nanometer-skala form det er umulig å trekke fra hverandre uten å bryte ringene. I et magnetfelt kan formasjonen drive fra et sted til et annet, med skyrmion gjør seg nytt fra linjer på et gitt sted.
Hva er skyrmions bra for?
Fordi skyrmions er så små og stabile, er fysikere interessert i å kontrollere disse partikkellignende enhetene til bruk i futuristiske datamaskiner og elektronisk minnelager, i følge Physics Today. Opprinnelig kunne forskere bare indusere magnetiske skyrmioner i materialer som hadde blitt avkjølt til veldig kalde temperaturer, men de produseres nå rutinemessig i romtemperaturobjekter.
Siden det tar relativt lite krefter for å vedlikeholde og elektronisk få tilgang til data lagret i magnetiske skyrmioner, tror ingeniører at disse partiklene kan gjøre for veldig effektive lagringsenheter. Et voksende felt kalt skyrmionics er nå dedikert til å lage slike neste generasjons apparater.
Skyrmions kan også forklare et rart og mystisk fenomen kjent som ball lyn - en sjelden glødende orb som kan dukke opp i tordenvær og skitter gjennom lufta, langt overlevende det mer kjente taggete lynet. I 2018 foreslo et team at de naturlige prosessene som på en eller annen måte skaper de virvlende knutene som oppstår i skyrmions, er de samme som produserer ballnedslag.
Andre forskere har begynt å gjenopplive Skyrmes originale modeller og har endret dem for bedre å forklare konsepter i kjernefysikk, som forutsi atferden og formen til kjerner.
Tilleggsressurser:
- Lær mer om bruken av skyrmions i datateknologi, fra Engineering & Technology.
- Finn ut mer om skyrmions som neste generasjon datalagring, fra Berkeley Lab.
- Se hva er en Skyrmion? Fra vitenskapsnyheter.
