Een artistieke representatie van de in elkaar grijpende magnetische velden van het skyrmion.
(Afbeelding: © Science Advances / Creative Commons)
Een skyrmion kan worden omschreven als een wervelend quasi-deeltje, een knoop van draaiende veldlijnen of een subatomaire orkaan. Ze zijn ook een van de moeilijkste natuurkundige concepten die mensen kunnen begrijpen. Dat komt omdat deze verstoringen op nanogrootte het gemakkelijkst wiskundig te beschrijven zijn, en ondanks dat ze al bijna 60 jaar bekend zijn, zijn natuurkundigen pas onlangs begonnen met het vinden van praktische toepassingen voor skyrmions.
Geschiedenis van skyrmions
Skyrmions zijn genoemd naar de Britse kernfysicus Tony Skyrme, die hun bestaan voor het eerst in 1961 voorstelde. Zijn idee was om subatomaire entiteiten zoals protonen en neutronen te modelleren met behulp van ingewikkelde wendingen in het kwantumveld dat alle deeltjes bezitten, volgens de American Physical Society. Hoewel het concept op veel manieren nuttig was, zoals het nauwkeurig voorspellen van enkele eigenschappen van fundamentele deeltjes zoals quarks en gluonen, worstelde het met andere aspecten van nucleair gedrag.
Het idee werd uiteindelijk vervangen door een theorie die bekend staat als kwantumchromodynamica, die succesvoller was in het modelleren van subatomaire deeltjes. Maar skyrmions zijn nieuw leven ingeblazen door onderzoekers die werken aan magnetische velden, die ook kunnen worden overgehaald om wervelachtige wervelingen te vormen.
In een magnetisch luchtruim wikkelen de geknoopte magnetische veldlijnen om elkaar heen als sleutelhangers die in andere sleutelhangers haken, het creëren van een vorm op nanometerschaal dat is onmogelijk uit elkaar te trekken zonder de ringen te breken. In een magnetisch veld kan de formatie met de skyrmion van de ene plek naar de andere drijven zichzelf opnieuw maken van lijnen op een bepaalde locatie.
Waar zijn skyrmions goed voor?
Omdat skyrmions zo klein en stabiel zijn, zijn natuurkundigen geïnteresseerd in het besturen van deze deeltjesachtige entiteiten voor gebruik in futuristische computers en elektronische geheugenopslag, volgens Physics Today. Aanvankelijk konden onderzoekers alleen magnetische skyrmions induceren in materialen die waren afgekoeld tot zeer koude temperaturen, maar ze worden nu routinematig geproduceerd in objecten op kamertemperatuur.
Omdat het relatief weinig energie kost om gegevens die zijn opgeslagen in magnetische skyrmions te onderhouden en elektronisch te openen, denken ingenieurs dat deze deeltjes kunnen zorgen voor zeer efficiënte geheugenopslagapparaten. Een opkomend veld genaamd skyrmionics is nu toegewijd aan het creëren van dergelijke apparaten van de volgende generatie.
Skyrmions kan ook een vreemd en mysterieus fenomeen verklaren dat bekend staat als bal bliksem - een zeldzame gloeiende bol die kan verschijnen tijdens onweersbuien en door de lucht schuurt, die de bekendere gekartelde bliksem ver overleeft. In 2018 stelde een team voor dat de natuurlijke processen die op de een of andere manier de wervelende knopen creëren die in skyrmions ontstaan, dezelfde zijn die balbliksem produceren.
Andere onderzoekers zijn begonnen de originele modellen van Skyrme nieuw leven in te blazen en hebben ze aangepast om concepten in de kernfysica beter uit te leggen, zoals het voorspellen van het gedrag en de vorm van kernen.
Extra middelen:
- Leer meer over het gebruik van skyrmions in computertechnologie, van Engineering & Technology.
- Lees meer over skyrmions als de volgende generatie gegevensopslag, van Berkeley Lab.
- Kijk wat is een Skyrmion? Van Science News.
