Jacob Hoover
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Existem formas fantasmagóricas escondidas em campos magnéticos.
Eles não são feitos de material como um raio ou um feixe de luz. Um raio carrega um grupo bem definido de elétrons do céu até o solo. A luz do sol que atinge seu rosto consiste principalmente nos mesmos fótons que viajaram milhões de quilômetros do sol.
Mas os campos magnéticos contêm coisas chamadas skyrmions, que são diferentes dos elétrons e fótons; um skyrmion é um nó de linhas de campo magnético girando em torno umas das outras. À medida que vai de um ponto a outro, um skyrmion se renova a partir das linhas do campo magnético que já existem. O nó se mantém unido porque as linhas do campo magnético resistem à passagem uma pela outra. Portanto, embora os skyrmions sejam insubstanciais e diferentes dos objetos que estamos acostumados a pensar, eles agem como coisas mais tangíveis. [9 fatos interessantes sobre ímãs]
Os físicos chamam esses skyrmions de "quasipartículas" e suspeitam que eles possam explicar fenômenos tão díspares quanto o relâmpago e a estrutura nuclear de um átomo. Agora, em um novo artigo, pesquisadores mostraram que os skyrmions podem ser enfiados uns dentro dos outros, assumindo uma forma completamente nova. Esses "sacos de skyrmion" inflados são objetos fascinantes por si só, mas as coisas bizarras também podem ser úteis para a computação futurística, disseram os pesquisadores..
Encha-os em uma bolsa
A equipe revelou as bolsas skyrmion em um artigo publicado em 1º de abril na revista Nature Physics. O resultado depende de uma semelhança fundamental entre as quasipartículas fantasmagóricas e a matéria sólida: a existência de antipartículas.
Assim como os prótons têm antiprótons equivalentes que se aniquilam mutuamente em contato uns com os outros, os skyrmions têm antiprótons.
"Um antiscyrmion é um skyrmion onde todos os números são invertidos", disse David Foster, físico da Universidade de Birmingham, na Inglaterra, e um dos principais autores do novo estudo.
Portanto, se uma linha de campo magnético apontar para o norte em um skyrmion, ela apontaria para o sul em um antiskyrmion. Mas os antiscirmions e os skyrmions se repelem poderosamente. Isso acabou sendo a chave para a construção de sacos de skyrmion, disseram os pesquisadores.
"Se eu pegar um skyrmion e esticá-lo um pouco e pegar um antiskyrmion e colocá-lo no centro dele [o skyrmion] ... eles não serão aniquilados. É uma construção estável", disse Foster .
Além do mais, os pesquisadores perceberam, uma vez que um skyrmion tenha sido estendido, você pode colocar ainda mais antiscyrmions dentro dele.
E essa percepção, disse Foster, abriu a porta novamente para uma ideia de seis anos de idade sobre como colocar os skyrmions para funcionar.
Armazenamento Skyrmion
Em 2013, um trio de pesquisadores propôs um "dispositivo de memória skyrmion racetrack" teórico na revista Nature Nanotechnology.
A ideia era que os pequenos padrões magnéticos pudessem oferecer uma solução para um problema básico no design de computadores: o consumo de eletricidade.
"Se você considerar um disco rígido antigo, que é uma espécie de disco giratório, ele consome muita energia", disse Foster..
A substituição de baixa potência proposta pelos pesquisadores de 2013 aproveitaria o fato de que uma corrente muito pequena faz com que os skyrmions em uma superfície magnética se movam rapidamente.
Talvez, sugeriram esses pesquisadores, se você pegasse uma tira longa e fina de material magnético (a pista de corrida) e a carregasse com skyrmions, pudesse codificar dados no material magnético nas lacunas entre as quasipartículas. Um leitor magnético pode interpretar um longo intervalo entre skyrmions como um binário 1 e um curto intervalo como um binário 0, por exemplo.
Para recuperar esses dados armazenados, então, uma corrente elétrica poderia empurrar os skyrmions para a frente e para trás sob um leitor magnético. É preciso muito pouca energia para mover skyrmions para frente e para trás ao longo de uma superfície magnética, então o dispositivo resultante pode ser muito eficiente.
Mas a ideia tinha alguns problemas básicos, disse Foster. Embora os skyrmions sejam bastante estáveis, as lacunas entre eles não são. Com o tempo, imperfeições nas faixas magnéticas confundiam os dados conforme os skyrmions se moviam para frente e para trás.
"Campos magnéticos dispersos entram. E isso é como lombadas que aparecem e desaparecem. E com essas lacunas aparecendo e desaparecendo, as lacunas entre seus [skyrmions] terão sido perdidas", disse Foster.
Como as malas poderiam resolver o problema
O que é realmente interessante aqui, disse Foster, é que os sacos de skyrmion não perdem antiscirmions com o tempo ou quando passam por "lombadas" magnéticas.
Coloque um monte de bolsas skyrmion em um dispositivo de corrida, escreveram os pesquisadores do novo estudo, e um computador poderia codificar e recuperar dados com base no número de anti-skyrmions em cada bolsa que passa sob o leitor.
"Meus colegas estão realmente entusiasmados com a ideia de que você também pode aumentar a densidade de dados dessa forma", disse Foster. [9 números que são mais frios que o Pi]
Onde o armazenamento de computador convencional depende de apenas 1s e 0s, disse ele, um sistema de bolsa skyrmion poderia usar 0s, 1s, 2s, 3s e assim por diante. Isso abriria a porta para formas muito mais complexas de codificação de dados que poderiam colocar muito mais informações em um determinado espaço do que um método binário tradicional..
O teste de cristal líquido
Ninguém ainda conseguiu fazer um saco de skyrmion em uma fita magnética. Mas depois de testar o conceito usando simulações de computador, Foster e sua equipe no Reino Unido recorreram a um grupo de pesquisadores da Universidade do Colorado para trazer ao mundo os primeiros sacos skyrmion conhecidos.
Normalmente, os físicos pensam em skyrmions como coisas que existem em campos magnéticos. Mas as partículas também podem existir em outras substâncias, como os cristais líquidos - moléculas alinhadas, rígidas, em forma de bastão - que preenchem as telas do seu laptop e de alguns celulares. [Imagens: dentro dos melhores laboratórios de física do mundo]
Com "pinças ópticas" de precisão, a equipe da Universidade do Colorado (chefiada pelo experimentalista Ivan Smalyukh) "desenhou" bolsas de skyrmion em cristal líquido, disse Jung-Shen Tai, um estudante de física do laboratório..
Esses sacos de skyrmion permaneceram indeléveis na substância cristalina e visíveis quando os pesquisadores os examinaram através de microscópios. Isso (junto com a simulação de computador) é uma forte evidência de que os sacos de skyrmion também seriam estáveis em ímãs, disse Foster..
Até agora, ninguém relatou a construção de qualquer dispositivo de armazenamento de pista do mundo real, muito menos dispositivos de armazenamento que dependem de bolsas skyrmion. Mas esses dispositivos estão chegando, Foster insistiu.
"Eu já sei que pessoas estão trabalhando em doações para fazer essas coisas", disse ele.
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Originalmente publicado em .