磁場に隠された幽霊のような形があります。
彼らは稲妻や光のビームのようなもので作られていません。照明ボルトは、かなり明確に定義された電子のグループを空から地面まで運びます。顔に当たる日光は、太陽から何百万マイルも移動した同じ光子で主に構成されています。
しかし磁場には、電子や光子とは異なるスキルミオンと呼ばれるものが含まれています。スキルミオンは、互いにループする磁力線の結び目です。ある場所から次の場所へとドリフトするとき、スキルミオンはすでにそこにある磁力線から自分自身を新しくします。磁力線がお互いを通過するのに抵抗するので、結び目は結びつきます。そのため、スキルミオンは実体がなく、私たちが慣れ親しんでいるオブジェクトとは異なりますが、より具体的なもののように振る舞います。
物理学者たちはこれらのスキルミオンを「準粒子」と呼び、球の稲妻や原子の核構造のように異なる現象を説明できると疑っています。現在、新しい論文で、研究者たちはスキルミオンが互いに内側に詰められ、まったく新しい形をとることができることを示しました。これらの膨らんだ「スキルミオンバッグ」は、それ自体が魅力的なオブジェクトですが、奇妙なものは未来のコンピューティングにも役立つかもしれないと研究者たちは述べています。
バッグに詰める
チームは、4月1日のNature Nature Physics誌に掲載された論文で、スキルミオンのバッグを明らかにしました。結果は、幽霊のような準粒子と固体物質の間の重要な類似性、つまり反粒子の存在に依存しています。
陽子が互いに接触すると互いに消滅する対応する反陽子があるように、スキルミオンは反スキルミオンを持っています。
「アンチスキルミオンは、すべての数字が逆転したスキルミオンです」と、イギリスのバーミンガム大学の物理学者であり、新しい研究の筆頭著者の一人であるデービッド・フォスターは言った。
したがって、磁力線がスキルミオンで北を指す場合、それは反スキルミオンで南を指します。しかし、対スキルミオンとスキルミオンは強力に相互に反発します。研究者達は、それがスキルミオンバッグを作るための鍵であることが判明したと語った。
「スキルミオンを取り、それを少し伸ばして、アンチスキルミオンを取り、その中央に配置すると、…それらは消滅しません。安定した構造です」とフォスター氏はLive Scienceに語った。
その上、研究者たちは、スキルミオンが引き伸ばされると、その中にさらにスキルミオンを詰め込むことができることに気付きました。
そして、その実現は、スキルミオンを働かせることについての6年前の考えへの扉を再び開いたとフォスターは言った。
スキルミオン収納
2013年に戻って、3人の研究者がジャーナルNature Nanotechnologyで理論的な「スキルミオンレーストラックメモリデバイス」を提案しました。
アイデアは、小さな磁気パターンがコンピューター設計の基本的な問題、つまり電力消費の解決策を提供するかもしれないというものでした。
「回転しているディスクのような昔ながらのハードドライブを考えれば、それは大きな力を必要とする」とフォスター氏は語った。
2013年の研究者が提案した低電力交換は、非常に小さな電流が磁性表面のスキルミオンを急速に滑らせてしまうという事実を利用します。
おそらく、それらの研究者たちは、磁性体の細長いストリップ（競馬場）にスキルミオンを搭載すると、準粒子間のギャップにある磁性体にデータをエンコードできると示唆しました。たとえば、磁気リーダーはスキルミオン間の長いギャップをバイナリ1として、短いギャップをバイナリ0として解釈できます。
その保存されたデータを取得するために、電流がスキルミオンを動かして磁気リーダーの下で前後にスクートすることができます。スキルミオンを磁気面に沿って前後に移動するのに必要な電力はほとんどないため、結果として得られるデバイスは非常に効率的です。
しかし、アイデアにはいくつかの基本的な問題があったとフォスター氏は述べた。スキルミオンはかなり安定していますが、それらの間のギャップは安定していません。時間の経過とともに、スキルミオンが前後に移動すると、磁気ストリップの欠陥がデータを混乱させます。
「漂遊磁場が入ります。これは、現れたり消えたりするスピードバンプのようなものです。そして、それらのギャップが現れたり消えたりすることで、あなたの意志の間のギャップが失われました」とフォスター氏は語った。
バッグが問題を解決する方法
フォスター氏によると、ここで非常に興味深いのは、スキルミオンバッグが時間の経過とともに、または磁気「スピードバンプ」を通過しても、アンチスキルミオンが失われないことです。
新しい研究の研究者が書いた一連のスキルミオンバッグを競馬場のデバイスに置き、コンピューターはリーダーの下を通過する各バッグ内のアンチスキルミオンの数に基づいてデータをエンコードおよび取得できます。
「私の同僚は、この方法でデータ密度を高めることもできるという考えに本当に興奮しています」とフォスター氏は語った。
従来のコンピューターストレージが1と0のみに依存している場合、スキルミオンバッグシステムは0、1、2、3などを使用できると彼は言いました。これは、従来のバイナリ方式よりもはるかに複雑な形式のデータエンコーディングへの扉を開き、特定のスペースにはるかに多くの情報を詰め込むことができます。
液晶テスト
磁気ストリップ上にスキルミオンのバッグを作ることに成功した人はいません。しかし、コンピューターシミュレーションを使用してコンセプトをテストした後、英国のフォスターと彼のチームは、コロラド大学の研究者のグループに依頼して、最初の既知のスキルミオンバッグを世界に持ち込みました。
通常、物理学者はスキルミオンを磁場に存在するものと考えています。しかし、粒子は、ラップトップや一部の携帯電話の画面を埋める、液晶のような他の物質にも存在する可能性があります。
実験室の物理学の大学院生であるJung-Shen Tai氏は、正確な「光ピンセット」を使用して、コロラド大学のチーム（実験家のIvan Smalyukhが率いる）がスキルミオンバッグを液晶に「描いた」と述べた。
これらのスキルミオンバッグは、結晶性物質では消えないままであり、研究者が顕微鏡を通してそれらを見たときに目に見えました。フォスター氏によると、これは（コンピュータシミュレーションとともに）スキルミオンバッグが磁石でも安定していることを示す強力な証拠です。
これまでのところ、スキルミオンバッグに依存するストレージデバイスは言うまでもなく、実際の競馬場ストレージデバイスを構築することは報告されていません。しかし、そのようなデバイスがやってくる、とフォスターは主張した。
「私は人々がこれらのものを作るために助成金に取り組んでいることをすでに知っている」と彼は言った。
