Среди зоопарка квази-частиц скирмионы занимают особое место. Так изначально назвали особые магнитные вихри определенной формы, закономерность структуры которых регулярно регистрировались учеными. Выяснилось, что это реальные объекты физического мира, которые могут иметь вполне себе актуальное применение.
Новая структура из скирмионов
Группа ученых из Германии, Швеции и Китая открыла новое физическое явление: сложные плетеные структуры, состоящие из крошечных магнитных вихрей, известных как скирмионы.
Скирмионы были впервые обнаружены экспериментально чуть более десяти лет назад и с тех пор стали предметом многочисленных исследований, а также послужили возможной основой для инновационных концепций обработки информации, которые обеспечивают лучшую производительность и меньшее потребление энергии.
Кроме того, скирмионы влияют на магниторезистивные и термодинамические свойства материала. Таким образом, открытие актуально как для прикладных, так и для фундаментальных исследований.
Одной важной особенностью скирмионов является их топологическая устойчивость. Поскольку они закручены в косичку, они сохраняют стабильность буквально во всех случаях, когда аналогичный вариант сохранения состояния "испортится". На эту логику прекрасно ложится двоичный код, где наличие или отсутствие обнаруженного скирмиона будет единичкой или ноликом. При этом получится одна из самых устойчивых форм записей информации.
Подробности об открытии
Веревки, нити и плетеные конструкции можно увидеть повсюду в повседневной жизни, от шнурков до шерстяных пуловеров, от косичек в детских волосах до плетеных стальных тросов, которые используются для поддержки бесчисленных мостов. Эти структуры также обычно встречаются в природе и могут, например, придавать растительным волокнам прочность на растяжение или изгиб.
Физики из Forschungszentrum Jlich вместе с коллегами из Стокгольма и Хефей обнаружили, что такие структуры существуют в наномасштабе в сплавах железа и металлоидного германия.
Каждая из этих нанострунных лент состоит из нескольких скирмионов, скрученных вместе в большей или меньшей степени, как нити веревки.
Каждый скирмион сам по себе состоит из магнитных моментов, которые направлены в разные стороны и вместе принимают форму удлиненного крошечного вихря. Отдельная нить скирмиона имеет диаметр менее одного микрометра. Длина магнитных структур ограничена только толщиной образца. Они простираются от одной поверхности образца к противоположной поверхности.
Более ранние исследования других ученых показали, что такие волокна в основном линейны и имеют почти стержневую форму. Однако микроскопические исследования сверхвысокого разрешения, проведенные в Центре Эрнста Руска в Юлихе и теоретических исследованиях Института Петера Грюнберга Юлиха, выявили более разнообразную картину: на самом деле нити могут скручиваться вместе в разной степени.
По словам исследователей, эти сложные формы стабилизируют магнитные структуры, что делает их особенно интересными для использования в различных областях.
Математика содержит большое количество таких структур. Теперь мы знаем, что эти теоретические знания могут быть переведены в реальные физические явления
- с удовольствием сообщает физик из Юлиха доктор Николай Киселев.
Эти типы структур внутри магнитных тел предполагают уникальные электрические и магнитные свойства. Однако для подтверждения этого необходимы дальнейшие исследования
Чтобы объяснить расхождение между этими исследованиями и предыдущими, исследователь указывает, что анализы с использованием электронного микроскопа сверхвысокого разрешения не просто предоставляют изображение образца, как, например, в случае оптического микроскопа. Это связано с тем, что квантово-механические явления вступают в игру, когда электроны высокой энергии взаимодействуют с электронами в образце.
Вполне возможно, что другие исследователи также видели эти структуры под микроскопом, но не смогли их интерпретировать. Это связано с тем, что невозможно напрямую определить распределение направлений намагниченности в образце из полученных данных. Вместо этого, необходимо создать теоретическую модель образца и сгенерировать из нее своего рода электронно-микроскопическое изображение
- поясняет Киселев. Если теоретические и экспериментальные изображения совпадают, можно сделать вывод, что модель способна отображать реальность. Forschungszentrum Jlich и Ernst Ruska-Center считаются одними из ведущих мировых институтов в области такого рода анализов со сверхвысоким разрешением.
Понравилась статья? Поддержите проект лайком и подпиской!
----------
- Заходите на проект "Инженерные знания"
- Покатайтесь на нашей телеге!