Vlad Krasen
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Hay formas fantasmales escondidas en campos magnéticos..
No están hechos de material como lo está un rayo o un rayo de luz. Un rayo de luz transporta un grupo bastante definido de electrones desde el cielo hasta el suelo. La luz del sol que golpea tu cara consiste principalmente en los mismos fotones que viajaron a millones de millas desde el sol..
Pero los campos magnéticos contienen cosas llamadas skyrmiones que son diferentes de los electrones y fotones; un skyrmion es un nudo de líneas de campo magnético que se enrollan entre sí. A medida que se desplaza de un lugar a otro, un skyrmion se vuelve a crear a partir de las líneas del campo magnético que ya están allí. El nudo se mantiene unido porque las líneas del campo magnético se resisten a atravesarse entre sí. Entonces, aunque los skyrmions son insustanciales y diferentes de los objetos en los que estamos acostumbrados a pensar, actúan como cosas más tangibles. [9 datos interesantes sobre los imanes]
Los físicos llaman a estos skyrmions "cuasipartículas" y sospechan que podrían explicar fenómenos tan dispares como un rayo esférico y la estructura nuclear de un átomo. Ahora, en un nuevo artículo, los investigadores demostraron que los skyrmions se pueden meter unos dentro de otros, adquiriendo una forma completamente nueva. Estas "bolsas de skyrmion" hinchadas son objetos fascinantes por derecho propio, pero las cosas extrañas también podrían ser útiles para la computación futurista, dijeron los investigadores..
Mételos en una bolsa
El equipo reveló las bolsas de skyrmion en un artículo publicado el 1 de abril en la revista Nature Physics. El resultado se basa en una similitud clave entre las cuasipartículas fantasmales y la materia sólida: la existencia de antipartículas..
Al igual que los protones tienen antiprotones homólogos que se aniquilan entre sí al contacto entre sí, los skyrmions tienen antiskyrmions.
"Un antiskyrmion es un skyrmion donde todos los números están invertidos", dijo David Foster, físico de la Universidad de Birmingham en Inglaterra y uno de los autores principales del nuevo estudio..
Entonces, si una línea de campo magnético apunta al norte en un skyrmion, apuntará al sur en un antiskyrmion. Pero los antiskyrmions y los skyrmions se repelen poderosamente entre sí. Esa resultó ser la clave para construir bolsas skyrmion, dijeron los investigadores..
"Si tomo un skyrmion y lo estiro un poco y tomo un antiskyrmion y lo coloco en el centro [del skyrmion] ... no se aniquilarán. Es una construcción estable", dijo Foster. .
Además, los investigadores se dieron cuenta de que una vez que se ha estirado un skyrmion, se pueden meter aún más antiskyrmions en su interior..
Y esa comprensión, dijo Foster, abrió la puerta nuevamente a una idea de hace seis años sobre poner a trabajar a los skyrmions..
Almacenamiento de Skyrmion
En 2013, un trío de investigadores propuso un "dispositivo de memoria de pista de carreras skyrmion" teórico en la revista Nature Nanotechnology..
La idea era que los pequeños patrones magnéticos pudieran ofrecer una solución a un problema básico en el diseño de computadoras: el consumo de electricidad..
"Si considera un disco duro anticuado, que es una especie de disco giratorio, se necesita mucha energía", dijo Foster..
El reemplazo de bajo consumo propuesto por los investigadores de 2013 aprovecharía el hecho de que una corriente muy pequeña hace que los skyrmions en una superficie magnética se desplacen rápidamente..
Quizás, sugirieron esos investigadores, si tomaba una tira larga y delgada de material magnético (la pista de carreras) y la cargaba con skyrmions, podría codificar los datos en el material magnético en espacios entre las cuasipartículas. Un lector magnético podría interpretar un espacio largo entre skyrmions como un 1 binario y un espacio corto como un 0 binario, por ejemplo.
Entonces, para recuperar esos datos almacenados, una corriente eléctrica podría empujar a los skyrmions a moverse hacia adelante y hacia atrás bajo un lector magnético. Se necesita muy poca energía para mover los skyrmions hacia adelante y hacia atrás a lo largo de una superficie magnética, por lo que el dispositivo resultante podría ser muy eficiente..
Pero la idea tenía algunos problemas básicos, dijo Foster. Si bien los skyrmions son bastante estables, los espacios entre ellos no lo son. Con el tiempo, las imperfecciones en las bandas magnéticas confundirían los datos a medida que los skyrmions se movían hacia adelante y hacia atrás..
"Entran campos magnéticos extraviados. Y esto es como badenes que aparecen y desaparecen. Y con esos espacios que aparecen y desaparecen, los espacios entre sus [skyrmions] se habrán perdido", dijo Foster..
Cómo las bolsas podrían resolver el problema
Lo realmente interesante aquí, dijo Foster, es que las bolsas de skyrmion no pierden antiskyrmions con el tiempo o cuando pasan sobre "baches de velocidad" magnéticos.
Coloque un montón de bolsas de skyrmion en un dispositivo de pista, escribieron los investigadores del nuevo estudio, y una computadora podría codificar y recuperar datos en función del número de antiskyrmions en cada bolsa que pasan por debajo del lector..
"Mis colegas están realmente entusiasmados con la idea de que también se pueda aumentar la densidad de datos de esta manera", dijo Foster. [9 números que son más geniales que Pi]
Donde el almacenamiento de computadora convencional se basa solo en 1 y 0, dijo, un sistema de bolsa skyrmion podría usar 0, 1, 2, 3 y así sucesivamente. Eso abriría la puerta a formas mucho más complejas de codificación de datos que podrían almacenar mucha más información en un espacio dado de lo que puede hacerlo un método binario tradicional..
La prueba del cristal líquido
Nadie ha logrado todavía hacer una bolsa de skyrmion en una banda magnética. Pero después de probar el concepto usando simulaciones por computadora, Foster y su equipo en el Reino Unido recurrieron a un grupo de investigadores de la Universidad de Colorado para traer las primeras bolsas de skyrmion conocidas al mundo..
Normalmente, los físicos piensan en los skyrmions como cosas que existen en campos magnéticos. Pero las partículas también pueden existir en otras sustancias, como los cristales líquidos, moléculas alineadas, rígidas, con forma de varilla, que llenan las pantallas de su computadora portátil y algunos teléfonos celulares. [Imágenes: Dentro de los mejores laboratorios de física del mundo]
Con "pinzas ópticas" de precisión, el equipo de la Universidad de Colorado (encabezado por el experimentalista Ivan Smalyukh) "dibujó" bolsas de skyrmion en el cristal líquido, dijo Jung-Shen Tai, un estudiante graduado de física en el laboratorio..
Estas bolsas de skyrmion permanecieron indelebles en la sustancia cristalina y visibles cuando los investigadores las observaron a través de microscopios. Eso (junto con la simulación por computadora) es una fuerte evidencia de que las bolsas de skyrmion también serían estables en los imanes, dijo Foster..
Hasta ahora, nadie ha informado sobre la construcción de dispositivos de almacenamiento de pistas de carreras del mundo real, y mucho menos dispositivos de almacenamiento que se basan en bolsas de skyrmion. Pero esos dispositivos están llegando, insistió Foster..
"Ya sé que la gente está trabajando en subvenciones para hacer estas cosas", dijo..
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Publicado originalmente el .