Hay formas fantasmales escondidas en campos magnéticos.
No están hechos de cosas como un rayo o un rayo de luz. Un rayo 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 del sol.
Pero los campos magnéticos contienen cosas llamadas skyrmions que son diferentes de los electrones y fotones; un skyrmion es un nudo de líneas de campo magnético que se rodean entre sí. A medida que se desplaza de un lugar a otro, un skyrmion se vuelve a salir de las líneas de campo magnético que ya están allí. El nudo se mantiene unido porque las líneas de campo magnético resisten el paso entre sí. Entonces, si bien los skyrmions son insustanciales y diferentes de los objetos en los que estamos acostumbrados a pensar, actúan como cosas más tangibles.
Los físicos llaman a estos skyrmions "cuasipartículas" y sospechan que podrían explicar fenómenos tan dispares como los rayos de bolas y la estructura nuclear de un átomo. Ahora, en un nuevo artículo, los investigadores demostraron que los skyrmions se pueden meter uno dentro del otro, tomando 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 en contacto entre sí, los skyrmions tienen antiskyrmions.
"Un antiskyrmion es un skyrmion donde todos los números se invierten", 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, apuntaría al sur en un antiskyrmion. Pero los antiskyrmions y skyrmions se repelen poderosamente entre sí. Esa resultó ser la clave para construir bolsas de skyrmion, dijeron los investigadores.
"Si tomo un skyrmion y lo estiro un poco y tomo un antiskyrmion y lo coloco en el centro ... no se aniquilarán. Es una construcción estable", dijo Foster a Live Science.
Además, los investigadores se dieron cuenta de que una vez que se ha estirado un skyrmion, puedes meter aún más antiskyrmions en su interior.
Y esa comprensión, dijo Foster, volvió a abrir la puerta a una idea de seis años sobre cómo poner en marcha skyrmions.
Almacenamiento 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 podrían ofrecer una solución a un problema básico en el diseño de computadoras: el consumo de electricidad.
"Si considera un disco duro antiguo, que es una especie de disco giratorio, requiere mucha potencia", dijo Foster.
El reemplazo de baja potencia 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 tomas una tira larga y delgada de material magnético (la pista de carreras) y la cargas con skyrmions, podrías codificar los datos en el material magnético en espacios entre las cuasipartículas. Un lector magnético podría interpretar una brecha larga entre skyrmions como 1 binario y una brecha corta como 0 binario, por ejemplo.
Para recuperar esos datos almacenados, entonces, una corriente eléctrica podría empujar a los skyrmions a moverse de un lado a otro bajo un lector magnético. Se necesita muy poca energía para mover skyrmions 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, las brechas entre ellos no lo son. Con el tiempo, las imperfecciones en las tiras magnéticas confunden los datos a medida que los skyrmions se mueven de un lado a otro.
"Entran campos magnéticos perdidos. Y esto es como baches de velocidad que aparecen y desaparecen. Y con esos espacios que aparecen y desaparecen, los espacios entre su voluntad se han 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 "golpes de velocidad" magnéticos.
Coloque un montón de bolsas de skyrmion en un dispositivo de pista de carreras, escribieron los investigadores en el nuevo estudio, y una computadora podría codificar y recuperar datos en función del número de antiskyrmions en cada bolsa que pasan debajo del lector.
"Mis colegas están realmente entusiasmados con la idea de que también podría aumentar la densidad de datos de esta manera", dijo Foster.
Donde el almacenamiento convencional de la computadora se basa solo en 1s y 0s, dijo, un sistema de bolsa skyrmion podría usar 0s, 1s, 2s, 3s 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 que un método binario tradicional.
La prueba de cristal líquido
Nadie ha logrado hacer una bolsa de skyrmion en una tira magnética. Pero después de probar el concepto utilizando 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.
Por lo general, los físicos piensan en los skyrmions como cosas que existen en los campos magnéticos. Pero las partículas también pueden existir en otras sustancias, como los cristales líquidos (moléculas alineadas, rígidas y en forma de varilla) que llenan las pantallas de su computadora portátil y algunos teléfonos celulares.
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 informó haber construido ningún dispositivo de almacenamiento de hipódromo en el mundo real, y mucho menos dispositivos de almacenamiento basados en bolsas skyrmion. Pero tales dispositivos están llegando, insistió Foster.
"Ya sé que la gente está trabajando en subvenciones para hacer estas cosas", dijo.
