Зав’язування вузликів на шворці – один з найстаріших способів зберігання інформації, що відомий людству. У вік інформаційних технологій люди знову повертаються до цього древнього способу зберігання даних, тільки-от роль шворки цього разу відіграють мікроскопічні магнітні вихори, названі скайрміонами, які дозволять зробити значно ефективнішою комп’ютерну пам’ять.
Скайрміон – це спосіб розташування у просторі атомів, кожен з яких має властивості дипольного магніту завдяки квантовому моменту руху своїх електронів, що називається спіном. Зовнішнє магнітне поле зазвичай вишиковує такі атоми вздовж своїх силових ліній, однак у випадку з скайрміонами, намагнічені атоми розташовуються у формі скрученого вихору.
Скайрміон неможливо «розмотати», адже будь-які зміни зовнішнього магнітного поля вестимуть до перегрупування спінів його атомів, однак лише в рамках скрученої структури. Така властивість називається топологічною стабільністю і притаманна, наприклад, стрічці Мебіуса, яку можна отримати, коли з’єднати два кінці смужки, перекрутивши її посередині. Закрут стрічки Мебіуса можна назвати «стабільним», адже його можна як завгодно нею переміщувати, однак розв’язати, не перерізавши стрічку, ніяк не вдасться. Топологічна стабільність цікавить вчених, які шукають нових шляхів зберігання інформації, - стверджує Крістен фон Бергман, фізик з Гамбурзького університету. На звичних носіях інформації, таких як, наприклад, поверхня комп’ютерного жорсткого диска, дані записані як цифрові біти (кожен з яких позначає 0 або 1), які, у свою чергу, репрезентовані векторами намагніченості атомів (коли їхні північні полюси спрямовані вверх або вниз). Однак якщо біти розташувати надто щільно або ж перегріти, вектори їх намагніченості стають нестабільними і можуть перемішатися.
На відміну від традиційних бітів, скайрміони дозволяють зберігати інформацію стабільно. Однак щоб цей принцип працював, вченим ще слід навчитися створювати та стирати магнітні скайрміони, коли потрібно.
Незважаючи на те, що вчені доказали існування скайрміонів ще у 1960-х рр. й відтоді неодноразово демонстрували на магнітних полях, їм досі не вдавалося створювати та знищувати їх за власним бажанням.
Саме це вдалося здійснити Крістен фон Бергман та її команді, які у вчорашньому випуску Science описали, як створили скайрміони з атомів паладію та заліза на поверхні кристалу іридію. До розміщених на кристалі дипольних атомних магнітів підвели голку тунельного мікроскопу, через яку пустили електричний струм, утворений електронами, чиї спіни вишикували або поляризували потрібним чином. Струм під час взаємодії з атомними дипольними магнітами закрутив їх у скайрміони діаметром декілька нанометрів. За допомогою того ж таки струму вченим вдалося і знищити скайрміони.
Теоретично цифровий носій зі скайрміонами може утримувати до 20 разів більше інформації на одиницю площі, ніж традиційний жорсткий диск, - стверджує фон Бергман. Проте, як застерігає вчений, пройде ще дуже багато часу, перш ніж цю технологію почнуть застосовувати на практиці. Команда Бергман спромоглася створили та знищити всього чотири скайрміони за раз, проте їх методика діяла лише у 60% спроб, що, за словами Бергман, «нікчемно мало для цифрових технологій». Крім того, вченим вдалося контролювати скайрміони лише за температури 4,2 К, а такі низькі температури не використовують у електронних пристроях.
Сам квантовий механізм зав’язування атомів у скайрміони досі достеменно не з’ясований. Щоб його розшифрувати, знадобляться наступні дослідження та експерименти.
14.08.2013