En kunstners repræsentation af skyrmionens låsende magnetiske felter.
(Billede: © Science Advances / Creative Commons)
En skyrmion kan beskrives som en hvirvlende kvasipartikel, en knude med snoede feltlinjer eller en subatomisk orkan. De er også et af de vanskeligste fysikbegreber for mennesker at forstå. Dette skyldes, at disse nanostørrelsesforstyrrelser er nemmest at beskrive matematisk, og på trods af at de er kendt i næsten 60 år, er fysikere først for nylig begyndt at finde praktiske anvendelser til skyrmioner.
Skyrmions historie
Skyrmions er opkaldt efter den britiske atomfysiker Tony Skyrme, der først foreslog deres eksistens i 1961. Hans idé var at modellere subatomære enheder som protoner og neutroner ved hjælp af indviklede vendinger i det kvantefelt, som alle partikler besidder, ifølge American Physical Society. Selvom konceptet var nyttigt på mange måder, såsom præcist at forudsige nogle af egenskaberne ved grundlæggende partikler som kvarker og gluoner, kæmpede det med andre aspekter af nuklear opførsel.
Idéen blev til sidst erstattet af en teori, der er kendt som kvante kromodynamik, som var mere vellykket ved modellering af subatomære partikler. Men skyrmioner er blevet genoplivet af forskere, der arbejder på magnetiske felter, som også kan samles til dannelse af hvirvellignende hvirvler.
I en magnetisk skyrmion vikles de knyttede magnetfeltlinjer omkring hinanden som nøgleringe, der hænger ind i andre nøgleringe, skabe en nanometer-skala form det er umuligt at trække fra hinanden uden at bryde ringene. I et magnetfelt kan formationen drive fra et sted til et andet med skyrmion gør sig selv på ny fra linjer på et givet sted.
Hvad er skyrmions gode til?
Fordi skyrmions er så små og stabile, er fysikere interesseret i at kontrollere disse partikellignende enheder til brug i futuristiske computere og elektronisk hukommelseslagring, ifølge Physics Today. Oprindeligt kunne forskere kun inducere magnetiske skyrmioner i materialer, der var blevet afkølet til meget kolde temperaturer, men de produceres nu rutinemæssigt i rumtemperaturobjekter.
Da det kræver relativt lidt strøm at vedligeholde og elektronisk få adgang til data, der er gemt i magnetiske skyrmioner, tror ingeniører, at disse partikler kunne skabe meget effektive hukommelseslagringsenheder. Et voksende felt kaldet skyrmionics er nu dedikeret til at skabe sådanne næste generations apparater.
Skyrmions kan også forklare et underligt og mystisk fænomen kendt som bold lyn - en sjælden glødende orb, der kan vises under tordenvejr og skitter gennem luften, der langt fra overleverer den mere kendte taggete lyn. I 2018 foreslog et team, at de naturlige processer, der på en eller anden måde skaber de hvirvlende knuder, der opstår i skyrmioner, er de samme, der producerer boldnedslag.
Andre forskere er begyndt at genoplive Skyrmes originale modeller og har ændret dem for bedre at forklare begreber inden for nukleær fysik, som f.eks at forudsige kernes opførsel og form.
Yderligere ressourcer:
- Lær mere om brugen af skyrmions i computerteknologi fra Engineering & Technology.
- Find ud af mere om skyrmions som den næste generation af datalagring fra Berkeley Lab.
- Se hvad er en Skyrmion? Fra Science News.
