تبدو التقنيات الحديثة عادية ومألوفة لنا. ومع ذلك ، مجرد التفكير في مثل هذه الأشياء قبل 50 عامًا بدا شيئًا غير واقعي ومستقبلي. في هذه الأيام ، احتفظت هذه الألقاب بشعبيتها ، لأن العلماء يواصلون توسيع حدود فهمنا للعالم.
لا يعتمد مستقبل تكنولوجيا المعلومات فقط على تحسين المكونات الموجودة لهذا الجزء المتكامل من حياة الإنسان ، ولكن أيضًا على البحث عن مواد وتقنيات وتقنيات جديدة وأشياء أخرى. اليوم سوف نتعامل مع دراسة واحدة مثيرة جدا للاهتمام للتقطيع المغناطيسي ومضادات التقلص. ما هو ، ولماذا وكيف يمكن تحسين تكنولوجيا المعلومات في المستقبل؟ للحصول على إجابات ، يغرق في تقرير العلماء. دعنا نذهب.
ما هو السكريمون المغناطيسي؟بادئ ذي بدء ، تجدر الإشارة إلى أن ذرات المواد المغناطيسية ، التي لها عزم مغناطيسي خاص بها للإلكترون ، تتصرف مثل المغناطيس ، بكلمات بسيطة. عندما تكون المادة ممغنطة ، تصطف لفات الذرات بطريقة معينة ، مما يجعل هذه المادة مغناطيسًا.
في عام 2009 ، اكتشف الباحثون سمة رائعة للغاية للذرات الفردية. تم لف ظهورهم في قمع (دوامات). كان يسمى هيكل مماثل skyrmion ، تكريما للفيزيائي البريطاني توني سكيرم ، الذي وصف في عام 1962 نموذجًا رياضيًا لفات الدوامة.
صورة أ - سكيرميون "القنفذ" ب - سكيرميون حلزوني.واحدة من السمات الهامة لتكنولوجيا المعلومات في skyrmions هو استقرارها الطوبولوجي. خلاصة القول هي أن أي اضطراب يمكن أن يغير اتجاه السبينات ، لكن الالتواء سيظل كما هو. وبالتالي ، يمكنك تخزين المعلومات في شكل ثنائي: 0 - لا يوجد skyrmion ، 1 - هناك skyrmion. وبالنظر إلى حجم النانومتر لهذه الهياكل ، يمكن أيضًا زيادة كثافة تخزين المعلومات بشكل كبير.
انطلاقا من هذه المعلومات ، تم افتراض وجود مناهضة للتسكيرم ، والتي ستكون شحنتها الطبوغرافية معاكسة للتسكيرات العادية.
تتميز هياكل الدوران ثنائية الأبعاد بطوبولوجيا غير بديهية ، وهي مسؤولة عن مستوى معين من الاستقرار. تتميز هذه الهياكل بشحنة طوبوغرافية:
حيث
m = m (r، t) هي متجه اتجاه اللحظات المغناطيسية في الزمان والمكان.
Skyrmions
(q = 1 ) ومضادات skyrmions (
q = -1 ) لها شحنات متقابلة ويمكن أن تحدث في أزواج إذا حدث تشوه في حالة متجانسة (
q = 0 ). يمكن تقريب وصف ديناميكيات skyrmions و anti-skyrmions إذا كان اللب يعتبر بلا حراك ، مما يقلل من العدد المطلوب من المتغيرات لوصف حركتها.
تصف الصيغة أدناه الحركة التقلصية المخمدة لموضع قلب (X) من التقلصات ومضادات التكتل استجابةً للقوة المطبقة (F):
G ، يساوي -qG0z ، هو ناقل جيروسكوبي ؛
α هو ثابت التوهين ؛
D0 عامل هيكلي.الديناميكيات في المعادلة أعلاه ليست نيوتونية ، وبالتالي تعتمد استجابة التقلص العضلي على q وتملي الاتجاه الذي تتحرك فيه النواة.
قاعدة البحثيصف العلماء في دراستهم ديناميكيات skyrmions و anti-skyrmions في الأفلام المغناطيسية المغناطيسية فائقة الرقة. تم اكتشاف حدوث لحظات الدوران المداري ، والتي يمكن أن تؤدي إلى ظهور حركة تربيعية وتوليد زوج من skyrmion-antiskirmion. تحدث هذه الديناميكيات بسبب تشوه النواة ، مما يؤدي بدوره إلى حلزونية تعتمد على الوقت ، والتي تتحكم في حركة النواة المضادة للتقلص.
مثال على الحركة الدائرية (دائرية موسعة)باستخدام محاكاة الدوران الذري ، والنمذجة التنبؤية مع تقليل المتغيرات ، وخوارزميات التعلم الآلي ، تم حساب مخطط طور ديناميكي يتنبأ بكيفية التحكم في لحظات مدار السبين من نوع الحركة ويؤدي أيضًا إلى تكوين شبكيات skyrmion من خلال تقديم مناهضات skyrmions.
محاكاة ديناميات اللفات الذرية
الصورة رقم 1استندت الدراسة إلى ركيزة فلز عادي وطبقة من فلز مغنطيسي انتقالي (الصورة
1 أ ). مثال على هذه المادة هو
سبيكة PdFe / Ir (111) ، حيث يحدث التبادل المضاد غير المتماثل المستقر
في طبقة أحادية الحديد (
Fe ) عن طريق الترابط البيني مع تفاعل دوران تدور قوي في الركيزة إيريديوم (
Ir ). هذا يسمح بوجود skyrmions الفردية في حالة غير مستقرة.
تم الكشف أيضًا عن أن الحالات المضادة للتسكريم يمكن أن تكون قابلة للتغيير أيضًا عندما تؤخذ في الاعتبار تفاعلات التبادل المحبطة في الأغشية الرقيقة أو العينات السائبة.
يوضح الشكل
1 ب أن تفاعلات التبادل العادية وغير المتماثلة لها تناظر ستة أضعاف ، وهو مرتبط بسطح الإيريديوم. إذا تم تقليل قوة التفاعل التبادلي غير المتماثل ، فيمكن للمرء أن يصل إلى حالة التوازن للالتفافات (
1c ) والتضادات المضادة (
1d ).
لاحظ الباحثون أن التيار داخل الطائرة يجب أن يمر عبر معدن مغناطيسي حديدي وركيزة معدنية عادية. ومع ذلك ، في هذه الحالة ، يمر معظم التيار فقط من خلال الركيزة إيريديوم ، لأن مقاومة الطبقة أعلى بكثير بالضبط لمغناطيسات الحديد فائقة الرقة.
يمثل
1e البنية السداسية للشبكة واتجاه ناقلات التفاعل التبادلي غير المتماثل ، والتي تم استخدامها للحفاظ على حالة مضادة للتقلص.
1f عبارة عن حالة التوازن لـ skyrmion مع تفاعل تبادل غير متماثل ، وتظهر الصورة
1g حالة توازن مضاد للتشنج مع تفاعل تبادل غير متماثل.
ديناميات الدوران وتشكيل زوج من skyrmion-antiskirmion
الصورة رقم 2يوضح الشكل
2 أ التغييرات في متوسط سرعة
〈v〉 للتقلصات والتضادات المضادة كدالة في لحظة دوران السبين ، حيث β
FL = β
DL . تم تحديد ثلاثة أنماط انتشار لمضادات الانقلاب: الحركة الخطية في التيار المنخفض ، والحركة المنحرفة في التيار المتوسط ، والحركة الكهربية في التيار العالي.
تجدر الإشارة إلى أن سرعة مضادات الانقلاب لا تزيد بالتوازي مع لحظة دوران السبين ، كما يحدث في مناطق الانقلاب.
جعلت حسابات سلوك skyrmions من الممكن إجراء افتراض بشأن مسار مكافحة skyrmions ، كما هو موضح في الصورة
2 ب . ثلاثة خيارات مسار لثلاثة أوضاع. تشير الأسهم إلى اتجاه متجه الحركة.
التجريد الحديث في الصورة 2 ج هو مخطط طوري لسلوك مختلف لقيم ونسب مختلفة β
FL (قوة عزم الدوران مثل المجال) و β
DL (قوة عزم الدوران "المبللة"). بفضل خوارزميات التعلم الآلي ، تم تحديد ثلاثة أنواع رئيسية من المسارات (الخطية والمنحرفة والحصوية) التي تغطي مجموعة واسعة من السرعات واتجاهات الانتشار.
تنشأ المسارات المنحرفة والمحدودة بسبب تشوه قلب مضاد التقلص. إنه مسار الغشاء الحلقي الذي ينشأ مع مجموعة واسعة جدًا من قيم لحظة دوران السبين.
الصورة 3 أيتميز تشوه النواة بمظهر متغير ديناميكي
ψ (t) ، مما يشير إلى هالة skyrmion و anti-skyrmion (الصورة
3 أ ، حيث q = 1 هي skyrmions و q = -1 هي anti-skyrmions).
يصف المتغير sk لـ skyrmions انتقالًا مستمرًا بين حالتي Bloch و Néel من chirality المعاكس ، وللتناوب ضد skyrmions ، دوران محوري Bloch و Néel.
في النظام الذي أنشأه الباحثون ، يحدث تشوه النواة بسبب عزم دوران السبين ، مما يؤدي إلى ميل في التمغنط في مستوى الفيلم ، والذي يتميز بالاتساع
η والسمت
ϕ t .
بالنسبة للدوران الخارجي ، يكون المنحدر هو نفسه طوال الوقت ، ولكن داخل النواة المضادة للتأثير يختلف باختلاف
ψ .
وجد أنه بالنسبة لـ β
FL الصغير والكبير
DL ، تنشأ حالة ديناميكية جديدة ، مما يؤدي إلى تكوين زوج من skyrmion-antiskirmion. عندما يمر مضاد التقلص على طول مساره الغشائي ، يكون مصحوبًا بتشوه شديد (إطالة النواة). يمكن رؤية ذلك في الصورة
4 أ (على وجه التحديد ، عند t = 3 ps). علاوة على ذلك ، يتم فصل هذا الاستطالة ، وهو زوج من skyrmion-antiskirmion ، عن النواة نفسها.
الصورة رقم 4يوضح الشكل
4 ب كثافة الشحن الطوبولوجي لهذه العملية. ومع ذلك ، فإن وجود زوجين غير دائم. بمرور الوقت ، يبدأ الزوج في الاضمحلال ، لأن لحظات الدوران تدور "تجبر" التقلص ومقاومة التقلص على التحرك في اتجاهات مختلفة. يتحرك Skyrmion على طول مسار خطي من نقطة تكوين الزوج. يبدأ Antiskirmion في التحرك على طول مسار الديدان ، مما يؤدي إلى تكوين زوج جديد (الصورة
4 ج ). تتكرر هذه العملية مرارًا وتكرارًا ، وهذا يشير إلى أنه من الممكن إنشاء من مضاد للتزحلق بعيدًا عن زوج واحد ، ولكن العديد من الأزواج الجديدة.
تفاعل تبادل غير متماثللقد علمنا بالفعل في وقت سابق أنه تم العثور على مسارات منحرفة وصدفة فقط في مناهضة skyrmions. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن حاجز الطاقة الداخلية (مع تفاعل تبادل غير متماثل متساوٍ ، فيما يلي AOB) من skyrmion أعلى بكثير ، وهذا هو الحال بالنسبة للتضاد. أي أن عدم التماثل بين الشحنات الطوبوغرافية المتعارضة يعتمد على AOB ، وليس على الشحنة نفسها.
ديناميات skyrmions و skyrmions في غياب AOWأهمية AOB هي أكثر وضوحا وأسهل في إظهارها إذا لم تكن في النظام. في هذه الحالة ، ستواصل skyrmions و anti-skyrmions في الحفاظ على حالة مستقرة بسبب تفاعل التبادل المحبط ، مما يؤدي إلى حالة توازن (
a و
b في الصورة أعلاه). اتضح أنه في النظام لا يوجد تفاعل بين skyrmion و skyrmion ، مما يؤدي إلى تدمير دولتي Bloch و Néel. ونتيجة لذلك ، فإن المظهر الجانبي الموضح في الصورة
a هو الطريقة الوحيدة لتحقيق حالة metakastion المستقرة ، والصورة
b هي حالة metastable من skyrmion.
في الصورة نرى أن هناك حركة دائرية مع الاتجاه المعاكس للشحنات الطوبولوجية المعاكسة.
في الختام ، من المستحيل تكوين أزواج skyrmion-antiskirmion دون تفاعل تبادل غير متماثل.
يكشف تقرير العلماء بشكل كامل عن ميزات أبحاثهم ، لذلك أوصي بشدة أن تتعرف عليها.في عملية العمل على المواد ، وجدت عملًا مثيرًا للإعجاب للغاية "مقدمة لعزم الدوران ولحظات الدوران في الطبقات المعدنية". ربما شخص ما سيكون في متناول اليد ، لذلك أترك مرجع.الخاتمةأظهرت هذه الدراسة ، وفقًا للعلماء ، ديناميكيات غنية ممكنة في لحظات مدار تدور مختلفة في أفلام مغناطيسية حديدية فائقة الرقة. يطلقون على أهم نقاط عملهم وصفًا لعملية تكوين الزوج (عكس قلب الدوامة) ومقارنة التقلصات والظواهر الأخرى للمغناطيسية الدقيقة.
سيصبح هذا العمل بالتأكيد الأساس لمزيد من البحث ، والذي سيكون غرضه تحقيق القدرة على اختيار الاتجاه الضروري للسطح أو الواجهة لتكييفها مع بعض الخصائص الديناميكية. ستصبح هذه جولة جديدة في علم المواد ، بالنظر إلى أنه تم إيلاء اهتمام سابق فقط للتحديد الكمي ومسارات الحركة الخطية للذاكرة والتطبيقات المنطقية المستندة إلى skyrmions.
توضح هذه الدراسة إمكانية وجود العديد من الديناميكيات المختلفة في وقت واحد تحت حالات مختلفة متبدل داخل نظام مادة واحدة.
ونتيجة لذلك ، يمكن أن تصبح هذه التطورات الأساس لإنشاء أنواع جديدة من أجهزة تخزين المعلومات ومعالجتها ، الأمر الذي سيترتب عليه ثورة في عالم تكنولوجيا المعلومات.
شكرا لك على البقاء معنا. هل تحب مقالاتنا؟ هل تريد رؤية مواد أكثر إثارة للاهتمام؟ ادعمنا عن طريق تقديم طلب أو التوصية به لأصدقائك ،
خصم 30 ٪ لمستخدمي Habr على نظير فريد من خوادم مستوى الدخول التي اخترعناها لك: الحقيقة الكاملة حول VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 نوى) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps من 20 $ أو كيفية تقسيم الخادم؟ (تتوفر الخيارات مع RAID1 و RAID10 ، حتى 24 مركزًا وحتى 40 جيجابايت DDR4).
3 أشهر مجانًا عند الدفع مقابل Dell R630 جديد لمدة ستة أشهر -
2 x Intel Deca-Core Xeon E5-2630 v4 / 128GB DDR4 / 4x1TB HDD أو 2x240GB SSD / 1Gbps 10 TB - من 99.33 دولارًا في الشهر ، حتى نهاية أغسطس فقط ،
اطلب يمكن أن يكون
هنا .
ديل R730xd أرخص مرتين؟ فقط لدينا
2 x Intel Dodeca-Core Xeon E5-2650v4 128GB DDR4 6x480GB SSD 1Gbps 100 TV من 249 دولارًا في هولندا والولايات المتحدة! اقرأ عن
كيفية بناء مبنى البنية التحتية الطبقة باستخدام خوادم Dell R730xd E5-2650 v4 بتكلفة 9000 يورو مقابل سنت واحد؟