Только что открытая странная частица может уменьшить жёсткий диск вашего ноутбука до размеров арахисового ореха, а диск iPod – до размеров рисового зерна.
Эта частица, получившая название скирмион, более стабильна и менее энергозатратна, чем её традиционный магнитный родственник. Помимо возможности сохранения данных в ультракомпактных медианосителях, скирмионы могут привести к появлению компьютеров, совмещающих хранение данных и вычислительную мощь во всё более и более миниатюрных устройствах.
Кристен фон Бергман и её коллеги под руководством Роланда Визендангера из Университета Гамбурга опубликовали данные своих исследований новой частицы в журнале «Science».
И хотя её название звучит немного зловеще, на самом деле оно происходит от имени Тони Скирми – британского физика, который теоретически предсказал существование такой частицы в 1962 году. Скирмионы – это крошечные магнитные поля, которые окружают группы атомов.
Магнитные поля являются основой для хранения данных. В обычных магнитах вращающиеся электроны внутри атомов выстраиваются в одном направлении, и именно это создаёт магнитное поле. Эти поля внутри металлических сплавов создают нули и единицы – биты компьютерных данных. Но эти физические биты должны иметь некоторое пространство между собой, чтобы работать корректно. Поместите их слишком близко, и магнитные поля начнут «прилипать» друг к другу, нарушая сохранённые данные.
Внутри же скирмиона вращающиеся электроны выстраиваются в разных направлениях, затрудняя возможность для магнитных полей взаимодействовать друг с другом. На практике Бергман и её коллегам удалось разместить скирмионные биты на расстоянии всего лишь шести нанометров друг от друга. Самые лучшие из существующих магнитных носителей содержат биты, удалённые друг от друга на 25 нанометров. В практическом же мире электроники, более тесно расположенные биты означают уменьшение размеров необходимых накопителей – например диск iPod Classic можно уменьшить с пяти сантиметров до размеров рисового зерна.
Для создания скирмионов исследователи поместили плёнку из палладия и железа толщиной в два атома в магнитное поле и охладили её практически до абсолютного нуля. Этот процесс вызывает немедленное появление в плёнке скирмионов. Затем учёные выстрелили в плёнку лучом электронов, которые аннигилировали полученные частицы. Выстрел в плёнку таким же потоком вызывает повторное появление скирмионов.
Этот процесс сходен с записью и считыванием данных на магнитную плёнку, где присутствие скирмионов означает 1, а их отсутствие – 0.
Теперь же, когда учёные доказали, что запись и считывание информации с помощью новых частиц возможно, следующим шагом будет практическое создание нового накопительного устройства. По словам фон Бергман, главной сложностью будет найти материалы, способные генерировать скирмионы при комнатной температуре. Если это удастся, то такие частицы будут более стабильными, чем их обычная вариация.
Электроника на базе скирмионов будет не только меньше и стабильнее – она также будет потреблять намного меньше энергии. На практике, для манипуляций с магнитными полями скирмионы требуют в 100 тысяч раз меньше энергии.
Также, одним из важных факторов, располагающих к созданию инновационных накопителей на базе скирмионов, заключается в том, что для их генерации не требуются какие-либо экзотические субстанции.
