Eine künstlerische Darstellung der ineinandergreifenden Magnetfelder des Skyrmions.
(Bild: © Science Advances / Creative Commons)
Ein Skyrmion kann als wirbelndes Quasiteilchen, als Knoten verdrehter Feldlinien oder als subatomarer Hurrikan beschrieben werden. Sie sind auch eines der am schwierigsten zu verstehenden physikalischen Konzepte für den Menschen. Das liegt daran, dass diese Störungen in Nanogröße am einfachsten mathematisch zu beschreiben sind und dass Physiker, obwohl sie seit fast 60 Jahren bekannt sind, erst seit kurzem praktische Anwendungen für Skyrmionen finden.
Geschichte der Skyrmionen
Skyrmions sind nach dem britischen Kernphysiker Tony Skyrme benannt, der 1961 erstmals seine Existenz vorschlug. Seine Idee war es, subatomare Einheiten wie Protonen und Neutronen mithilfe gewundener Drehungen im Quantenfeld zu modellieren, das alle Teilchen besitzen. nach Angaben der American Physical Society. Während das Konzept in vielerlei Hinsicht nützlich war, beispielsweise um einige Eigenschaften grundlegender Partikel wie Quarks und Gluonen genau vorherzusagen, hatte es mit anderen Aspekten des nuklearen Verhaltens zu kämpfen.
Die Idee wurde schließlich durch eine Theorie ersetzt, die als Quantenchromodynamik bekannt ist und bei der Modellierung subatomarer Teilchen erfolgreicher war. Skyrmionen wurden jedoch von Forschern wiederbelebt, die an Magnetfeldern arbeiten, die auch dazu gebracht werden können, wirbelartige Wirbel zu bilden.
In einem magnetischen Skyrmion wickeln sich die geknoteten Magnetfeldlinien wie Schlüsselringe umeinander, die in andere Schlüsselringe einhängen. Erstellen einer Form im Nanometerbereich das ist unmöglich auseinander zu ziehen, ohne die Ringe zu brechen. In einem Magnetfeld kann die Formation mit dem Skyrmion von einem Punkt zum anderen driften sich neu machen von Linien an einem bestimmten Ort.
Wofür sind Skyrmionen gut?
Weil Skyrmionen so klein und stabil sind, sind Physiker daran interessiert, diese partikelähnlichen Einheiten für den Einsatz in futuristischen Computern und zur Speicherung elektronischer Speicher zu steuern. nach Physik heute. Ursprünglich konnten Forscher magnetische Skyrmionen nur in Materialien induzieren, die auf sehr kalte Temperaturen abgekühlt worden waren. Heute werden sie routinemäßig in Objekten mit Raumtemperatur hergestellt.
Da die Verwaltung und der elektronische Zugriff auf in magnetischen Skyrmionen gespeicherte Daten relativ wenig Energie erfordert, glauben die Ingenieure, dass diese Partikel dafür sorgen könnten sehr effiziente Speichergeräte. Ein aufstrebendes Gebiet namens Skyrmionik widmet sich nun der Entwicklung solcher Geräte der nächsten Generation.
Skyrmions könnten auch ein seltsames und mysteriöses Phänomen erklären, das als bekannt ist Kugelblitz - eine seltene leuchtende Kugel, die bei Gewittern auftreten und durch die Luft huschen kann und den bekannteren gezackten Blitz weit überlebt. Im Jahr 2018 schlug ein Team vor, dass die natürlichen Prozesse, die irgendwie die wirbelnden Knoten erzeugen, die in Skyrmionen entstehen, dieselben sind, die Kugelblitze erzeugen.
Andere Forscher haben begonnen, Skyrmes ursprüngliche Modelle wiederzubeleben und sie zu modifizieren, um Konzepte in der Kernphysik besser zu erklären, wie z Vorhersage des Verhaltens und der Form von Kernen.
Zusätzliche Ressourcen:
- Erfahren Sie mehr über die Verwendung von Skyrmionen in der Computertechnologie von Engineering & Technology.
- Erfahren Sie mehr über Skyrmions als nächste Generation der Datenspeicherung von Berkeley Lab.
- Was ist ein Skyrmion? Aus den Wissenschaftsnachrichten.
