Скирмионы: как завязать информацию в узел?

В лаборатории впервые получили неуловимые магнитные вихри под названием «скирмионы». Они могут быть использованы для разработки более эффективных чипов памяти. Подобно графену в сфере наноматериалов, скирмионы могут открыть дорогу за пределы 10-нанометрового техпроцесса производства чипов.

Связывание узлов было многовековым способом запоминания вещей. Теперь физикам удалось связать и развязать микроскопический магнитный вихрь, который наверняка приведет к повышению эффективности памяти компьютера.

Закрученные вихри, известные как скирмионы, являются приложениями к механизму атомов, где каждый атом действует как магнит, опираясь на квантовое свойство его электронов под названием «спин». Внешнее магнитное поле, как правило, имеет тенденцию выравнивать все стержни атомных магнитов в одном направлении, но в случае скирмиона, намагничивание атома закручивает поле в вихрь.

Скирмион обладает загадочным свойством: магнитное возмущение может вызвать изменение атомного спина, но не отменит закручивания. Это свойство, называемое топологической устойчивостью, присуще геометрическим объектам вроде ленты Мёбиуса, которая может быть получена путем объединения двух концов ленты после переворачивания одного из них. Такой полуповорот считается устойчивым, поскольку его можно поворачивать и он не развяжется — если только не разрезать ленту и не вернуть в исходную позицию.

Топологическая устойчивость привлекает ученых, которые пытаются найти способ улучшить хранение информации, говорит Кристен фон Бергман, физик из университета Гамбурга в Германии. Обычные магнитные носители, например, поверхность жесткого диска, несут информацию в виде цифровых битов, состояние которых обозначается как 0 или 1, в зависимости от намагниченности атомов. Но когда они упакованы слишком плотно или перегреваются, эта намагниченность легко превращается в яичницу.

Скирмион предлагает возможность хранить информацию стабильно, основываясь на том же принципе нуля и единицы, в зависимости от того, существует или отсутствует магнитный узел. Но чтобы работать дальше, ученым нужно найти способ создавать или стирать магнитные скирмионы по мере необходимости.

Хотя существование скирмионов было предсказано еще в 60-х годах британским физиком Тони Скирмом и даже подтверждалось на примере магнитных материалов, ученым не удавалось создавать их и уничтожать — до нынешнего момента.