Вчені зняли крихітний магнітний вихровий кристал, який плавиться і змінює форму в режимі реального часу. Це прорив, який може наблизити надефективний комп’ютер до реальності.
Кристал не повинен складатися з атомів. У надтонких магнітних матеріалах крихітні вихори магнетизму, відомі як скірміони, можуть упорядковувати себе у впорядковані кристалоподібні візерунки, і ці візерунки можуть натякати на нове покоління обчислень.
Скірміони надзвичайно малі та стабільні, але їх також можна рухати та маніпулювати. Ці властивості зробили їх перспективними кандидатами для зберігання та обробки інформації з меншими потребами місця та енергії, ніж традиційні технології.
Тепер дослідники помітили, що кристал скірміону втрачає свій порядок у реальному часі. У дослідженні, опублікованому в Nanotechnology, команда зняла впорядковану решітку скірміонів, коли вона ставала все більш дезорганізованою, одночасно маніпулюючи окремими скірміонами, надаючи рідкісне вікно в те, як руйнується порядок у двовимірній магнітній системі.
Більшість досліджень було проведено в Інституті фізики Університету Йоганна Гутенберга в Майнці за участю професора Норвезького університету науки і технологій (NTNU).
Малі вихори з обчислювальним потенціалом
«Скірміони — це крихітні магнітні вихори, які можуть зберігати інформацію абсолютно по-новому», — сказав Асле Судбо, керівник Центру квантової спінтроніки NTNU (QuSpin).
Невеликий розмір, стабільність і мобільність між магнітними матеріалами зробили їх перспективними кандидатами для зберігання та обробки даних. Дані можуть бути закодовані в їх присутності, положенні або русі, зменшуючи фізичний простір і енергію для деяких обчислювальних операцій.
«Замість поточної технології, де нам постійно потрібно більше місця та потужності для обробки даних, skyrmions може дозволити системам зберігання даних стати набагато меншими та енергоефективними», — сказав Судбо.
Ці структури також мають відношення до спінтроніки, галузі, яка використовує магнітні властивості електронів, а також їхній електричний заряд. Цей підхід міг би підтримувати пристрої, які виконують певні функції через магнетизм, споживаючи при цьому менше енергії, ніж звичайні електронні компоненти.
Створення комп’ютерів, які більше схожі на мозок
«Ці нанорозмірні вихори можуть допомогти розробити комп’ютери, які нагадують біологічні мізки», — сказав Судбо.
Такі системи, натхненні мозком, не обов’язково відокремлюють пам’ять від обчислень, як це роблять звичайні комп’ютери. Натомість магнітні структури можуть колективно реагувати та обробляти інформацію за допомогою змінних моделей, підхід, який може бути корисним для високоефективних обчислень.
Перш ніж цей потенціал можна буде реалізувати, дослідники повинні зрозуміти, як утворюються, переміщуються та втрачають свою структуру великі групи багряних. Скірміони часто розташовані в повторюваних структурах, які нагадують кристали, утворюючи те, що вчені називають решіткою.
Команда вивчила, що сталося, коли одна з цих спеціальних сіток «розтанула». Тут «плавлення» описує рух скірміонів від упорядкованої решітки до все більш невпорядкованої структури.
Спостерігайте, як плавляться магнітні сітки
«Вперше дослідники змогли зняти, як магнітна скріміонна сітка плавиться в режимі реального часу, маючи при цьому можливість керувати кожним окремим скіріоном безпосередньо під час зйомки. Наприклад, як їх форму, так і розмір можна змінювати «на льоту», — сказав Судбо.
Використовуючи магнітні поля, дослідники змінили розмір і рух скірміонів. Мережа не перейшла безпосередньо з щільно впорядкованого стану до повного безладу. Він пройшов через проміжну фазу, під час якої скірміони втратили своє стабільне положення, зберігаючи деякі спільні напрямки.
Зображення в реальному часі також показали, як дефекти з’являються та поширюються крізь сітку. Ці збурення рухалися приблизно в 100 разів швидше, ніж самі скірміони, що вказує на те, що невеликі локальні зміни можуть швидко дестабілізувати більшу форму.
Спостереження за цим процесом дає дослідникам новий спосіб перевірки двовимірних теорій плавлення, одночасно навчаючись більш надійно керувати системами скайрміонів.
Від фундаментальної фізики до пристроїв майбутнього
«Висновки дають нам нове розуміння того, як поводяться ці типи частинок. Тому це може стати важливим для розробки енергоефективних обчислювальних технологій у майбутньому», — сказав Судбо.
Робота залишається швидше фундаментальним дослідженням, ніж практичною комп’ютерною демонстрацією. Інженерам ще потрібно розробити надійні способи створення, переміщення, читання та зберігання скірміонів у робочих пристроях.
Однак здатність спостерігати за окремими скірміонами та коригувати їхню поведінку в режимі реального часу може допомогти дослідникам розробити магнітні системи з передбачуваною реакцією. Потенційні довгострокові програми включають більш щільне зберігання даних, процесори, натхненні розумом, і компоненти для квантових технологій.
“Це може змінити наше уявлення про комп’ютери”, – сказав Судбо.
Довідка: «Реалістичне спостереження за топологічною динамікою, яка опосередковує розплавлення двовимірних скірміонних решіток» Рафаеля Грубера, Яна Ротьєрля, Саймона М. Фроліха, Мартіна А. Бремса, Фабіана Каммербауера, Марії-Андромачі Сіскакі, Елізабет Ємовассі, Саскакі, Сушніної, Елізабет, Сушніної. Пітер Вірнау та Маттіас Клауей, 4 серпня 2025 р Нанотехнології природи.
DOI: 10.1038/s41565-025-01977-2
Ніколи не пропустіть прорив: приєднуйтесь до інформаційного бюлетеня SciTechDaily.
Слідкуйте за нами в Google і Google News.
