تمثيل فنان للمجالات المغناطيسية المتشابكة للتجمع.
(الصورة: © Science Advances / Creative Commons)
يمكن وصف السكيرميون بأنه دوامة شبه جسيم ، أو عقدة من خطوط المجال الملتوية ، أو إعصار دون ذري. كما أنها واحدة من أصعب مفاهيم الفيزياء التي يفهمها البشر. ذلك لأن هذه الاضطرابات بحجم النانو أسهل في وصفها رياضيًا ، وعلى الرغم من أنها معروفة منذ 60 عامًا تقريبًا ، إلا أن الفيزيائيين بدأوا مؤخرًا في العثور على تطبيقات عملية للتزلج.
تاريخ الإنقلابات
تم تسمية Skyrmions للفيزيائي النووي البريطاني توني سكيرم ، الذي اقترح وجودها لأول مرة في عام 1961. وكانت فكرته هي نمذجة الكيانات دون الذرية مثل البروتونات والنيوترونات باستخدام التقلبات المعقدة في المجال الكمي التي تمتلكها جميع الجسيمات ، وفقًا للجمعية الفيزيائية الأمريكية. في حين أن المفهوم كان مفيدًا من نواح عديدة ، مثل التنبؤ بدقة ببعض خصائص الجسيمات الأساسية مثل الكواركات والغلونات ، إلا أنه كافح مع جوانب أخرى من السلوك النووي.
تم استبدال الفكرة في نهاية المطاف بنظرية تعرف باسم ديناميكيات الكروموسوم الكمومي ، والتي كانت أكثر نجاحًا في نمذجة الجسيمات دون الذرية. لكن الباحثين الذين يعملون في مجالات مغناطيسية أحيوا مناطق التجمد ، والتي يمكن أيضًا أن تُشجع على تشكيل دوامات تشبه الدوامات.
في منعطف مغناطيسي ، تلتف خطوط المجال المغناطيسي المعقدة حول بعضها البعض مثل حلقات المفاتيح التي تدور في حلقات رئيسية أخرى ، خلق شكل مقياس النانومتر من المستحيل تفكيكها دون كسر الحلقات. في المجال المغناطيسي ، يمكن أن ينحرف التكوين من بقعة إلى أخرى ، مع التقلص تصنع نفسها من جديد من الخطوط في أي مكان معين.
ما فائدة السكريمونس؟
نظرًا لأن skyrmions صغيرة جدًا ومستقرة ، فإن الفيزيائيين مهتمون بالتحكم في هذه الكيانات الشبيهة بالجسيمات لاستخدامها في أجهزة الكمبيوتر المستقبلية وتخزين الذاكرة الإلكترونية ، وفقًا للفيزياء اليوم. في البداية ، كان بوسع الباحثين فقط تحريض انقلابات مغناطيسية في المواد التي تم تبريدها إلى درجات حرارة شديدة البرودة ، ولكن يتم إنتاجها الآن بشكل روتيني في أجسام درجة حرارة الغرفة.
نظرًا لأن الأمر يستغرق طاقة قليلة نسبيًا للحفاظ على البيانات المخزنة في مناطق منعطف مغناطيسي والوصول إليها إلكترونيًا ، يعتقد المهندسون أن هذه الجزيئات يمكن أن تصنع أجهزة تخزين ذاكرة فعالة للغاية. حقل ناشئ يسمى skyrmionics مكرس الآن لإنشاء مثل هذه الأجهزة من الجيل التالي.
قد يشرح Skyrmions أيضًا ظاهرة غريبة وغامضة تعرف باسم كرة برق - كرة متوهجة نادرة يمكن أن تظهر أثناء العواصف الرعدية والتزلج في الهواء ، وتتجاوز بكثير البرق المتعرج الأكثر شهرة. في عام 2018 ، اقترح فريق أن العمليات الطبيعية التي تخلق عقدة دوامة تنشأ بطريقة ما في skyrmions هي نفسها التي تنتج البرق الكرة.
بدأ باحثون آخرون في إحياء نماذج Skyrme الأصلية وتعديلها لتوضيح المفاهيم بشكل أفضل في الفيزياء النووية ، مثل التنبؤ بسلوك وشكل النوى.
مصادر إضافية:
- تعرف على المزيد حول استخدام skyrmions في تكنولوجيا الحوسبة ، من Engineering & Technology.
- اكتشف المزيد عن skyrmions كجيل جديد من تخزين البيانات ، من Berkeley Lab.
- شاهد ما هو Skyrmion؟ من أخبار العلوم.
