Vlad Krasen
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Il y a des formes fantomatiques cachées dans les champs magnétiques.
Ils ne sont pas faits de matériaux comme un éclair ou un faisceau de lumière. Un boulon d'éclairage transporte un groupe d'électrons assez défini du ciel jusqu'au sol. Le soleil qui frappe votre visage se compose principalement des mêmes photons qui ont parcouru des millions de kilomètres du soleil.
Mais les champs magnétiques contiennent des choses appelées skyrmions qui sont différentes des électrons et des photons; un skyrmion est un nœud de lignes de champ magnétique en boucle les unes autour des autres. Alors qu'il dérive d'un endroit à l'autre, un skyrmion se fait à nouveau hors des lignes de champ magnétique qui sont déjà là. Le nœud tient ensemble parce que les lignes de champ magnétique résistent à se traverser. Ainsi, alors que les skyrmions sont sans substance et différents des objets auxquels nous avons l'habitude de penser, ils agissent comme des choses plus tangibles. [9 faits intéressants sur les aimants]
Les physiciens appellent ces skyrmions des «quasi-particules» et soupçonnent qu'ils pourraient expliquer des phénomènes aussi disparates que la foudre en boule et la structure nucléaire d'un atome. Maintenant, dans un nouvel article, les chercheurs ont montré que les skyrmions peuvent être empilés les uns dans les autres, prenant une forme complètement nouvelle. Ces «sacs skyrmion» gonflés sont des objets fascinants à part entière, mais les choses bizarres pourraient également être utiles pour l'informatique futuriste, ont déclaré les chercheurs..
Stuff 'em dans un sac
L'équipe a révélé les sacs skyrmion dans un article publié le 1er avril dans la revue Nature Physics. Le résultat repose sur une similitude clé entre les quasi-particules fantomatiques et la matière solide: l'existence d'antiparticules.
Tout comme les protons ont des antiprotons homologues qui s'annihilent au contact les uns des autres, les skyrmions ont des antiskyrmions.
"Un antiskyrmion est un skyrmion où tous les chiffres sont inversés", a déclaré David Foster, physicien à l'Université de Birmingham en Angleterre et l'un des principaux auteurs de la nouvelle étude..
Ainsi, si une ligne de champ magnétique pointe vers le nord dans un skyrmion, elle pointerait vers le sud dans un antiskyrmion. Mais les antiskyrmions et les skyrmions se repoussent puissamment. Cela s'est avéré être la clé de la construction de sacs skyrmion, ont déclaré les chercheurs..
"Si je prends un skyrmion et que je l'étire un peu et que je prends un antiskyrmion et le place au centre [le skyrmion]… ils ne s'annihileront pas. C'est une construction stable", a déclaré Foster .
De plus, les chercheurs ont réalisé qu'une fois qu'un skyrmion a été étiré, vous pouvez y insérer encore plus d'antiskyrmions..
Et cette prise de conscience, a déclaré Foster, a de nouveau ouvert la porte à une idée vieille de six ans sur la mise au travail des skyrmions..
Stockage Skyrmion
En 2013, un trio de chercheurs a proposé un «dispositif de mémoire skyrmion racetrack» théorique dans la revue Nature Nanotechnology.
L'idée était que les petits motifs magnétiques pouvaient offrir une solution à un problème fondamental de la conception informatique: la consommation d'électricité.
"Si vous considérez un disque dur à l'ancienne, qui est une sorte de disque rotatif, il faut beaucoup d'énergie", a déclaré Foster..
Le remplacement de faible puissance proposé par les chercheurs de 2013 tirerait parti du fait qu'un très petit courant entraîne des skyrmions sur une surface magnétique à se déplacer rapidement..
Peut-être, ces chercheurs ont suggéré, si vous preniez une longue et mince bande de matériau magnétique (l'hippodrome) et la chargiez de skyrmions, vous pourriez encoder des données dans le matériau magnétique dans les espaces entre les quasiparticules. Un lecteur magnétique pourrait interpréter un long intervalle entre les skyrmions comme un binaire 1 et un court intervalle comme un 0 binaire, par exemple.
Pour récupérer ces données stockées, un courant électrique pourrait pousser les skyrmions à faire des allers-retours sous un lecteur magnétique. Il faut très peu d'énergie pour déplacer des skyrmions d'avant en arrière le long d'une surface magnétique, de sorte que le dispositif résultant pourrait être très efficace.
Mais l'idée avait quelques problèmes de base, a déclaré Foster. Bien que les skyrmions soient assez stables, les écarts entre eux ne le sont pas. Au fil du temps, les imperfections des bandes magnétiques brouillaient les données alors que les skyrmions se déplaçaient d'avant en arrière..
«Les champs magnétiques parasites entrent en jeu. Et c'est comme des ralentisseurs qui apparaissent et disparaissent. Et avec ces espaces qui apparaissent et disparaissent, les espaces entre vos [skyrmions] auront été perdus», a déclaré Foster.
Comment les sacs pourraient résoudre le problème
La chose vraiment intéressante ici, a déclaré Foster, est que les sacs skyrmion ne perdent pas d'antiskyrmions au fil du temps ou lorsqu'ils passent sur des «ralentisseurs» magnétiques.
Mettez un tas de sacs de skyrmion sur un appareil de piste, ont écrit les chercheurs de la nouvelle étude, et un ordinateur pourrait encoder et récupérer des données en fonction du nombre d'antiskyrmions dans chaque sac qui passent sous le lecteur..
«Mes collègues sont vraiment enthousiasmés par l'idée que vous pourriez également augmenter la densité des données de cette façon», a déclaré Foster. [9 numéros plus cool que Pi]
Là où le stockage informatique conventionnel ne repose que sur des 1 et des 0, a-t-il dit, un système de sac skyrmion pourrait utiliser des 0, des 1, des 2, des 3, etc. Cela ouvrirait la porte à des formes beaucoup plus complexes de codage de données qui pourraient contenir beaucoup plus d'informations dans un espace donné qu'une méthode binaire traditionnelle ne le peut..
Le test des cristaux liquides
Personne n'a encore réussi à fabriquer un sac skyrmion sur une bande magnétique. Mais après avoir testé le concept à l'aide de simulations informatiques, Foster et son équipe au Royaume-Uni se sont tournés vers un groupe de chercheurs de l'Université du Colorado pour mettre au monde les premiers sacs skyrmion connus..
En règle générale, les physiciens considèrent les skyrmions comme des choses qui existent dans les champs magnétiques. Mais les particules peuvent également exister dans d'autres substances, comme les cristaux liquides - des molécules alignées, rigides, en forme de bâtonnets - qui remplissent les écrans de votre ordinateur portable et de certains téléphones portables. [Images: Dans les meilleurs laboratoires de physique du monde]
Avec des "pinces optiques" de précision, l'équipe de l'Université du Colorado (dirigée par l'expérimentateur Ivan Smalyukh) a "dessiné" des sacs de skyrmion dans le cristal liquide, a déclaré Jung-Shen Tai, étudiant diplômé en physique du laboratoire..
Ces sacs de skyrmion sont restés indélébiles dans la substance cristalline et visibles lorsque les chercheurs les ont examinés à travers des microscopes. Cela (avec la simulation par ordinateur) est une preuve solide que les sacs skyrmion seraient également stables dans les aimants, a déclaré Foster..
Jusqu'à présent, personne n'a signalé avoir construit de périphériques de stockage de piste de course réels, sans parler de périphériques de stockage reposant sur des sacs skyrmion. Mais de tels appareils arrivent, a insisté Foster.
"Je sais déjà que les gens travaillent sur des subventions pour faire ces choses", a-t-il déclaré..
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Publié à l'origine le .