Використання таємничих квазічастинок дозволить скоротити розміри жорстких дисків мінімум 20 разів
Нещодавно виявлена таємнича квазичастица, що володіє набором дивних фізичних властивостей, може стати тим, що дозволить скоротити розміри пристроїв магнітного зберігання інформації, таких як жорсткі диски, мінімум 20 разів. Ця частка, звана скирмионом (skyrmion), має більш стабільними магнітними властивостями та переключення її магнітного стану потрібно у багато разів менше енергії, ніж для перемикання станів квазічастинок звичайних магнітних матеріалів. Практичне використання скирмионов дозволить не тільки скоротити розміри пристроїв зберігання інформації, вони, ці частинки, в далекій перспективі можуть стати основою надзвичайно компактних і потужних комп'ютерів, в яких магнітне зберігання інформації комбінується з обробкою інформації, робота якої заснована на принципах магнетизму.
Назва цих частинок, скирмионов, нагадує назва раси якихось злих істот з фентезійних романів або комп'ютерних ігор. Але, насправді, назву було вибрано на честь Тоні Скирма (Tony Skyrme), британського вченого-фізика, який в 1962 обґрунтував на теоретичному рівні можливість існування цих квазічастинок, що складаються з магнітних полів, що оточують групи атомів.
Магнітні поля є основою для технологій магнітного зберігання даних. У звичайних магнітних речовин, використовуваних для покриття поверхонь магнітних стрічок і жорстких дисків, магнітне поле крихітних частинок речовини, магнітних доменів, визначається напрямком обертання всіх електронів атомів. Біти інформації, що зберігаються таким чином, записані в доменах певних розмірів, які повинні знаходитися на деякій відстані один від одного. Інакше обидві області, є свого роду магнітними квазічастинками, починають впливати один на одного, що призводить до псування записаних у них даних.
Однак, всередині скирмиона електрони обертаються в різних напрямках, що не дозволяє магнітним полям таких частинок "склеюватися" навіть тоді, коли ці частинки розташовуються близько один до одного. Завдяки цьому ефекту, група дослідників з університету Гамбурга, Німеччина, очолювана Крістен фон Бергман (Kristen von Bergmann) і Роландом Висендэнджером (Roland Wiesendanger), змогла розташувати скирмионы на відстані всього 6 нанометрів, для порівняння, магнітні квазічастинки в існуючих жорстких дисках розташовуються на відстані в 25 нанометрів. З практичної точки зору таке скорочення відстані між носіями інформації дозволить скоротити розміри пристроїв зберігання даних мінімум 20 разів, приміром, мініатюрних жорсткий диск для iPod, розміром в 5 сантиметрів, може бути скорочено до розмірів рисового зерна.
Для того, щоб створити матрицю скирмионов дослідники помістили дві найтонші плівки з атомів паладію і заліза в сильне магнітне поле і охолодили це все практично до абсолютного нуля. Під впливом цих факторів у металевих плівках тут же утворилися скирмионы. Після цього дослідники націлили на плівку промінь електронів, який знищили скирмионы в точці контакту. При повторному впливі на це ж місце плівки електронним променем скирмионы утворилися знову. Цей процес дуже нагадує процес запису інформації на магнітний носій, з тією різницею, що факт наявності скирмионов, який можна встановити звичайними методами зчитування магнітної інформації, можна трактувати як логічну 1, а їх відсутність - як логічний 0.
Тепер, коли вчені продемонстрували, що використовуючи скирмионы, можна записувати і зчитувати дані, наступним їхнім кроком буде створення практичного пристрою зберігання даних. З цього приводу Крістен фон Бергман розповіла, що найбільшою проблемою буде пошук матеріалу, здатного створювати стійкі скирмионы при кімнатній температурі. Якщо пошуки або розробка такого матеріалу закінчаться успішно, то вийде пристрій зберігання інформації набагато більш стабільний, ніж існуючі пристрої. Це "скирмионное" пристрій буде менш схильна до впливу магнітних і електричних полів, іонізуючих випромінювань високої температури, факторів, які дуже негативно впливають на властивості звичайних магнітних матеріалів і на цілісність записаної на них інформації.
"Електроніка на основі скирмионов буде не просто більш компактною і більш стабільною" - розповідає Авэдха Сэксену (Avadh Saxena), вчений-фізик з Національної лабораторії в Лос-Аламосі, - "Така електроніка буде відрізнятися ще й вкрай низьким рівнем споживання енергії, адже управління станом скирмионов вимагає енергії в 100 тисяч разів меншою, ніж енергія, що витрачається на перемикання традиційних магнітних матеріалів".