Vallankumouksellinen Skyrmion-tutkimus: läpimurto tietojen tallentamisessa!

Vallankumouksellinen Skyrmion-tutkimus: läpimurto tietojen tallentamisessa!

Johannes Gutenberg University Mainzin (JGU) tutkijat ovat edistyneet merkittävästi kaksiulotteisten magneettisten rakenteiden sulamisprosessien tutkimisessa. Pääpainosi on Skyrmions, pieniä magneettisia pyörrerakenteita, jotka tarjoavat suuren potentiaalin tiedon tallentamiseen. Tämän uraauurtavan tutkimuksen tulokset julkaistiin äskettäin lehdessä Luonnon nanoteknologia julkaistu.

Magneto-optisella Kerr-mikroskoopilla tutkijat pystyivät tarkkailemaan skyrmion-hilojen sulamisprosessia yksityiskohtaisesti. Tämä ei tapahdu tavalliseen tapaan lämpötilan nousun kautta, vaan pikemminkin magneettikentän kontrolloidun muutoksen kautta. Hila sulaa kahdessa ratkaisevassa vaiheessa: Ensinnäkin se menettää translatonaalisen järjestyksen, kun taas skyrmionit pysyvät edelleen hilarakenteessa. Myöhemmin suuntaus menetetään, mikä johtaa ruudukon täydelliseen hajoamiseen.

Skymionien merkitys

Skyrmionit esiteltiin alun perin vuodesta 1958 lähtien selittämään protonien, neutronien ja pionien välistä voimakasta vuorovaikutusta. Fyysikko Tony Skyrme oletti, että nämä hiukkaset toimivat pyörteinä pionikentissä. Vuoteen 1965 mennessä kuitenkin kävi selväksi, että protonit ja neutronit koostuivat kvarkeista, mikä teki skyrmion-mallista vanhentuneen ydinfysiikassa. 1980-luvulta lähtien termiä käytettiin kuitenkin jälleen kiinteän olomuodon fysiikassa ja hiukkasfysiikassa, erityisesti Edward Wittenin ja ns. hadronien pussimallien toimesta.

Erityisen mielenkiintoista on skyrmionien käyttäytyminen, jotka käyttäytyvät kuin hiukkaset tai kvasihiukkaset, joilla on äärellinen massa. Nykyinen tutkimus osoittaa stabiileja skyrmions jopa huoneenlämmössä ja korostaa mahdollisuutta käyttää näitä rakenteita nopeassa tiedon varastoinnissa. Niiden kyky mahdollistaa korkeampi datatiheys, nopea luku- ja kirjoitusoikeus ja energiatehokkuus tekee niistä erityisen houkuttelevia tulevaisuuden tietoteknologioiden kannalta.

Innovatiiviset tutkimusmenetelmät ja tulokset

Uusimmat tutkimustulokset ovat osa suurempaa hanketta, jota tukevat ERC Synergy Grant 3D MAGiC ja Rheinland-Pfalz Research Initiative. Prof. Dr. Mathias Kläui, JGU:n TopDyn-profiilialueen johtaja, johtaa tiimiä, joka työskentelee intensiivisesti skyrmionien topologian ja dynamiikan parissa. Heidän havainnot voisivat paitsi edistää sulamisprosessien ymmärtämistämme, myös olla ratkaisevia tulevaisuuden tiedontallennustekniikoiden kehittämisessä.

Lisäksi innovatiivisia lähestymistapoja on havaittu myös skyrmionien simuloinnissa. Viime vuosina on kehitetty erilaisia ​​menetelmiä näiden rakenteiden luomiseksi uudelleen tietokoneiden avulla, mikä antaa tutkijoille arvokasta tietoa niiden vakaudesta ja vuorovaikutuksista.

Laajat skyrmion-tutkimukset ovat esimerkki modernin fysiikan kiehtovasta kehityksestä. Viimeaikaisten menestysten ja lupaavien tulosten vuoksi tiedeyhteisö jatkaa näiden ainutlaatuisten magneettisten rakenteiden mahdollisuuksien tutkimista.