Skyrmion: Yeni nesil bir bellek getirmesi bekleniyor!
Kılavuz
Son zamanlarda, Birmingham Üniversitesi, Bristol Üniversitesi ve Boulder'daki Colorado Üniversitesi'ndeki bilim adamları, yeni nesil veri depolama ve işleme ekipmanı geliştirmek için "skyrmionics" adı verilen yeni bir bilimi benimsedi. Hedef bir adım daha yakın.
arka fon
1960'larda İngiliz fizikçi Tony Hilton Royle Skyrme, atom çekirdeği kuvvetlerini tanımlayan bir dizi teorik model geliştirdi ve doğrusal olmayan alan teorisi denklemlerini çözerek parçacık özelliklerine sahip bir topolojik soliton elde etti. Tony Skyrmion'un (1987) ölümünden beş yıl önce, bu parçacık bilim camiası tarafından ilgi gördü ve skyrmion olarak adlandırıldı.
Basitçe söylemek gerekirse, skyrmionlar yarı parçacık özelliklerine ve topolojik korumaya sahip bir spin yapısıdır. Bunların arasında, yükler bir girdap içinde kararlı bir şekilde düzenlenmiştir, yükler hareket ettirilip tekrar birleştirilebilmesine rağmen, yapı değişmeyecektir.
Aşağıdaki şekil iki tür skyrmion yapısını göstermektedir: konfigürasyon (a) kirpi skyrmion ve konfigürasyon (b) spiral skyrmion.
(Resim kaynağı: Wikipedia)
Skyrmion'un içinde dönen elektronlar farklı yönlere işaret ederler ve birbirlerine yakın olduklarında birbirlerine yapışmaları zordur.Bu yapı hafızanın minyatürleşmesine yardımcı olur. Ek olarak, kararlı topolojik yapı ve bu özel spin düzenlemesi nedeniyle, skyrmions'ı durumları değiştirmeye yönlendirmek için mevcut yoğunluk, geleneksel manyetik alanları sürmekten 5-6 büyüklük sırası daha düşüktür.
Bu nedenle, manyetik hava dalgalarının yepyeni bir bilgi taşıyıcısı olarak hizmet etmesi ve gelecekte yüksek yoğunluklu, yüksek hızlı ve düşük enerjili manyetik bilgi depolama cihazlarının yapımı için ideal bir aday malzeme olması beklenmektedir. Örneğin, yazar bir zamanlar Singapur Ulusal Üniversitesi'ndeki araştırmacılar tarafından icat edilen ve bilgi depolama için skyrmions'ı etkili bir şekilde kullanabilen ultra ince çok katmanlı bir filmi tanıttı.
(Fotoğraf kredisi: Siew Shawn Yohanes / Singapur Ulusal Üniversitesi)
Yenilikçilik
Son zamanlarda, Birmingham Üniversitesi, Bristol Üniversitesi ve Boulder'daki Colorado Üniversitesi'ndeki bilim adamları, yeni nesil veri depolama ve işleme ekipmanı geliştirmek için "skyrmionics" adı verilen yeni bir bilimi benimsedi. Hedef bir adım daha yakın.
Skyrmion elektronik, skyrmion manyetik filmlerinde temel olarak nanoyapıların özelliklerini kullanır. Manyetik yüzeydeki bu dönüşler küçük girdaplar gibidir ve bilim adamları, büyük miktarda veriyi modern bilgisayarların güvendiği mevcut manyetik veri depolama teknolojisinden daha yoğun bir şekilde depolayabileceklerine inanırlar. Bu skyrmion'ların şekli, burada kodlanan verilerin mevcut çözümlerden daha düşük güç tüketimi ile iletilebileceği anlamına gelir.
(Resim kaynağı: referans [2])
Bununla birlikte, bu yeni yapıları verileri depolamalarını ve aktarmalarını sağlamak için yeni bir şekilde düzenlemek son derece zorlayıcıydı.
Nature Physics dergisinde yayınlanan yeni bir çalışmada, İngiliz teorisyenlerden ve Amerikalı deneycilerden oluşan bir araştırma ekibi, birden fazla skyrmion'u "skyrmions" adı verilen bir türde birleştirmenin bir yöntemini gösterdi. Paketin yapısında bir araya gelme yöntemi. "Skyming alt paketi", skyming alt sisteminde daha büyük miktarda bilginin kapsüllenmesini sağlar.
Skyrmion torbasının manyetik malzemeden simüle edilmiş görüntüsü (fotoğraf kaynağı: Birmingham Üniversitesi)
teknoloji
Birmingham Üniversitesi'nde Teorik Fizik Profesörü ve bu çalışmanın baş yazarı Mark Dennis şunları söyledi: Veri depolamayı iyileştirmenin zorlukları gittikçe daha da ağırlaşıyor. Bilgisayarlarda, cep telefonlarında ve diğer cihazlarda depolanan bilgi miktarını artırmak için yeni teknolojik çözümlere ihtiyacımız olacak. Skyrmion paketi bir çözüm olabilir. Her skyrmion paketi, ikili bitleri kodlamak için bir dizi bağımsız skyrmion kullanmak yerine herhangi bir sayıda skyrmion içerebilir ve bu da veri depolama potansiyelini büyük ölçüde artırır. "
Ekip, teknolojilerini manyetik bir cihazda modellemek için bilgisayar simülasyonunu kullandı ve sıvı kristalleri içeren bir deneyde başarıyla test etti.
(Resim kaynağı: referans [2])
(Resim kaynağı: referans [2])
(Resim kaynağı: referans [2])
değer
Makalenin yardımcı baş yazarı ve Bristol Üniversitesi'nden Doktora David Foster şunları söyledi: "Bu teknolojinin sıvı kristallerde çalıştığını görmek bizim için çok heyecan verici, çünkü ekranlar, sensörler ve hatta güneş pilleri alanlarında gelişmeler için yeni olanaklar sunuyor. "
Anahtar kelime
Skyrmion, likit kristal, ekran, sensör, hafıza
Referans
[1] https://www.birmingham.ac.uk/news/latest/2019/04/skyrmions-could-provide-next-generation-data-storage.aspx
2 David Foster, Charles Kind, Paul J. Ackerman, Jung-Shen B.Tai, Mark R. Dennis, Ivan I. Smalyukh. Sıvı kristaller ve ferromıknatıslarda iki boyutlu skyrmion torbaları. Nature Physics, 2019; DOI: 10.1038 / s41567-019-0476-x
