Магнітні монополи і завихрення можуть стати основою нових високоефективних пристроїв магнітного зберігання даних
Магнітний монополь, фізична частинка, описана в теорії майже 80 років тому, може стати основою для реалізації нових високоефективних пристроїв зберігання даних. Вчені з Технічного університету Мюнхена (Technische Universitaet Muenchen, TUM), Технічного університету Дрездена (Technische Universitaet Dresden) і Кельнського університету (University of Cologne) знайшли, що при використанні комбінації магнітних монополів з завихреннями магнітного поля, званими скирмионами (skyrmion), інформація може бути записана, зчитана і стертий з поверхні носія досить простими способами.
Всі з нас напевно бачили, як залізні ошурки, насипані на листок паперу, показують нам лінії магнітного поля, що виробляється постійним магнітом, який має два полюси. І навіть якщо такий магніт розколоти в будь-якому місці, у кожного з уламків утворюється своя власна пара полюсів. Однак, на початку 1930-х років фізик Поль Дірак (Paul A. M. Dirac) описав магнітний монополь, гіпотетичну частинку, яка є магнітним аналогом електрона, частинку, що володіє тільки одним полюсом і несучу тільки один вид елементарного магнітного заряду.
Наявність магнітних монополів на поверхні якого-небудь матеріалу призводить до утворення магнітних вихорів, скирмионов. Саме пошуком і вивченням магнітних скирмионов займалися вчені TUM, очолювані професором Крістіаном Пфлеидерером (Prof. Christian Pfleiderer), які працювали спільно з групою професора Лукаша Енга (Prof. Lukas Eng) з Дрезденського університету, у розпорядженні якої знаходиться магнітно-силовий мікроскоп. Коли вчені почали вивчати поверхні різних матеріалів за допомогою мікроскопа, їм вдалося вперше наживо спостерігати магнітні вихори. Більше того, вони виявили, що скирмионы, що межують один з одним, зливаються в єдине ціле, утворюючи магнітні поля вельми складної конфігурації.
Комп'ютерне моделювання, проведене групою професора Ачима Роша (Prof. Achim Rosch) з Кельнського університету, разом з результатами досліджень, проведених за допомогою джерела нейтронів FRM II, який знаходиться в університеті TUM, показали, що магнітні монополи працювали як застібка-блискавка, поєднуючи всі магнітні вихори в єдине поле.
Ці магнітні вихори, магнітні "вири", що утворюються навколо магнітних монополів, можуть служити в якості надзвичайно компактних і надзвичайно довговічних носіїв інформації. Область, що зберігає один біт даних на сучасних жорстких дисках, складається, принаймні, з тисячі атомів магнітного речовини, на відміну від цього кожен скирмион формується магнітним монополем, що складається всього з 15 атомів, що дозволить отримати надзвичайно високе значення показника щільності запису інформації.
Крім всього вищесказаного, для переміщення монополя і скирмиона потрібно приблизно в 100 тисяч разів менше енергії, ніж енергія, яка потрібна для зміни магнітного моменту атомів в сучасних пристроях магнітного запису і зберігання інформації. І ще однією важливою перевагою скирмионов є їх висока стабільність і мала сприйнятливість до деяких зовнішніх впливів, наприклад, до високої температури.
Магнітно-вихрові структури були вперше виявлені в 2009 році в ході експериментів по розсіюванню нейтронів а поверхні сплаву кремнію-марганцю, які проводилися з допомогою джерела нейтронів FRM II командами професорів Крістіана Пфлеидерера і Ачима Роша. З того часу ця область досліджень привернула до себе підвищений інтерес, завдяки чому вченими з усього світу були зроблені значні успіхи у цьому напрямку.
"Перші експерименти по вивченню магнітних монополів і завихрень проводилися тільки при надзвичайно низьких температурах. Тепер ми знаємо, що існують матеріали, на поверхні яких скирмионы існують і при кімнатній температурі" - розповідає Крістіан Пфлеидерер, професор в області магнітних Матеріалів у Технічному університеті Мюнхена, - "Завдяки наявності магнітно-силового мікроскопа у нас зараз є можливість спостерігати за скирмионами, вивчати їх властивості і поведінку як окремо, так і в складі складних систем. Це є вирішальним кроком на шляху створення реальних технологій магнітного запису і зберігання інформації наступного покоління".