डेटा भंडारण के लिए संभावित भविष्य के रूप में Skyrmion-anti-skyrmion जोड़ी

आधुनिक प्रौद्योगिकियां हमें सामान्य और परिचित लगती हैं। हालांकि, सिर्फ 50 साल पहले ऐसी चीजों के बारे में सोचना कुछ अवास्तविक और भविष्यवादी लगा। इन दिनों, इन प्रसंगों ने अपनी लोकप्रियता को बनाए रखा है, क्योंकि वैज्ञानिक दुनिया की हमारी समझ की सीमाओं का विस्तार करना जारी रखते हैं।

सूचना प्रौद्योगिकी का भविष्य न केवल मानव जीवन के इस अभिन्न अंग के मौजूदा घटकों को बेहतर बनाने पर निर्भर करता है, बल्कि नई सामग्री, तकनीक, तकनीक और अन्य चीजों की खोज पर भी निर्भर करता है। आज हम चुंबकीय स्कीमर और एंटी-स्काईयरमोन के एक बहुत ही रोचक अध्ययन से निपटेंगे। यह क्या है, यह क्यों है और यह भविष्य में आईटी में कैसे सुधार कर सकता है? जवाब के लिए, वैज्ञानिकों की रिपोर्ट में डुबकी लगाओ। चलो चलते हैं।

चुंबकीय गगनचुंबी इमारत क्या है?

इसके साथ शुरू करने के लिए, यह याद रखने योग्य है कि चुंबकीय सामग्री के परमाणुओं, जिनमें एक इलेक्ट्रॉन का अपना चुंबकीय क्षण होता है, सरल शब्दों में मैग्नेट की तरह व्यवहार करता है। जब किसी पदार्थ को चुंबकित किया जाता है, तो परमाणुओं के स्पिन एक निश्चित तरीके से ऊपर की ओर बढ़ते हैं, जो इस पदार्थ को एक चुंबक बनाता है।

2009 में, शोधकर्ताओं ने व्यक्तिगत परमाणुओं की एक बहुत ही आकर्षक विशेषता की खोज की। उनकी पीठ फ़नल (भंवर) में बदल गई थी। एक समान संरचना को स्किर्मियन कहा जाता था, ब्रिटिश भौतिक विज्ञानी टोनी स्किर्म के सम्मान में, जिन्होंने 1962 में वापस भंवर के गणितीय मॉडल का वर्णन किया।


छवि - एक स्किर्मियन "हेजहोग", बी - सर्पिल स्किर्मियन।

Skyrmions के लिए आईटी की महत्वपूर्ण विशेषताओं में से एक उनकी सामयिक स्थिरता है। लब्बोलुआब यह है कि किसी भी गड़बड़ी से स्पिन की दिशा बदल सकती है, लेकिन मोड़ समान रहेगा। इस प्रकार, आप बाइनरी फॉर्म में जानकारी को स्टोर कर सकते हैं: 0 - कोई स्किरेमियन नहीं है, 1 - एक स्किरिअम है। और ऐसी संरचनाओं के नैनोमीटर आकार को देखते हुए, सूचना का भंडारण घनत्व भी काफी बढ़ सकता है।

इस जानकारी से आगे बढ़कर, एंटी-स्किरिमन्स का अस्तित्व भी मान लिया गया था, जिसका टोपोलॉजिकल चार्ज साधारण स्किर्मियों के विपरीत होगा।

दो आयामी स्पिन संरचनाओं में एक नॉनट्रीवियल टोपोलॉजी होती है, जो उनके निश्चित स्तर की स्थिरता के लिए जिम्मेदार होती है। ऐसी संरचनाएं एक टोपोलॉजिकल चार्ज की विशेषता हैं:



जहाँ m = m (r, t) समय और स्थान में चुंबकीय क्षणों की दिशा वेक्टर है।

Skyrmions (q = 1 ) और विरोधी skyrmions ( q = -1 ) पर विपरीत आरोप हैं और जोड़े में हो सकता है यदि एक सजातीय राज्य का विरूपण होता है ( q = 0 )। यदि कोर को गतिहीन माना जाता है, तो स्कर्मीन्स और एंटी-स्किरियम्स की गतिशीलता का वर्णन अनुमानित किया जा सकता है, जिससे उनकी गति का वर्णन करने के लिए चर की आवश्यक संख्या कम हो जाती है।

नीचे दिए गए फॉर्मूला लागू बल (एफ) के जवाब में स्काईमियंस और एंटी-स्काईयरों की कोर (एक्स) की स्थिति के नम गायरोट्रोपिक गति का वर्णन करता है:


जी, -qG0z के बराबर, एक gyro वेक्टर है;
α क्षीणन स्थिर है;
D0 एक संरचनात्मक कारक है।

उपरोक्त समीकरण में गतिकी गैर-न्यूटोनियन है, और इसलिए जाइरोट्रोपिक प्रतिक्रिया q पर निर्भर करती है और उस दिशा को निर्देशित करती है जिसमें नाभिक चलता है।

अनुसंधान का आधार

अपने अध्ययन में, वैज्ञानिकों ने अल्ट्रैथिन फेरोमैग्नेटिक फिल्मों में गगनचुंबी इमारतों और गगनचुंबी इमारतों की गतिशीलता का वर्णन किया है। स्पिन-ऑर्बिटल क्षणों की घटना की खोज की गई थी, जिससे ट्रिकॉइडल गति और स्किर्मियन-एंटीस्कर्मियन की एक जोड़ी की पीढ़ी हो सकती है। इस तरह की गतिशीलता नाभिक के विरूपण के कारण होती है, जो बदले में समय-निर्भर हेलीकॉप्टर की ओर जाता है, जो स्किर्मियन और एंटीस्कर्मियन नाभिक की गति को नियंत्रित करता है।


ट्रोकोइडल आंदोलन का उदाहरण (विस्तारित साइक्लॉयड)

परमाणु स्पिन सिमुलेशन का उपयोग करते हुए, चर और मशीन लर्निंग एल्गोरिदम की कमी के साथ भविष्य कहनेवाला मॉडलिंग, एक गतिशील चरण आरेख की गणना की गई थी जो भविष्यवाणी करता है कि स्पिन-ऑर्बिट क्षण गति के प्रकार को कैसे नियंत्रित कर सकते हैं और एंटी-स्किरिमेशन पेश करके स्काईयर लैटिस का निर्माण भी कर सकते हैं।

परमाणु की गति की गतिशीलता के सिमुलेशन


चित्र संख्या 1

अध्ययन एक सामान्य धातु के एक सब्सट्रेट और फेरोमैग्नेटिक ट्रांजिशन मेटल (छवि 1 ए ) की एक परत पर आधारित था। इस तरह के पदार्थ का एक उदाहरण PdFe / Ir (111) मिश्र धातु है, जिसमें लोहा ( Fe ) मोनोलेयर में स्थिर एंटीसिममेट्रिक एक्सचेंज इरिडियम ( आईआर ) सब्सट्रेट में मजबूत स्पिन-ऑर्बिट इंटरैक्शन के साथ इंटरफेक्शनल बॉन्डिंग के कारण होता है। यह एक अलग राज्य में अलग-अलग skyrmions मौजूद करने की अनुमति देता है।

यह भी पता चला कि स्किमर विरोधी राज्यों को भी अस्थिर किया जा सकता है जब पतली फिल्मों या थोक नमूनों में कुंठित विनिमय इंटरैक्शन को ध्यान में रखा जाता है।

चित्रा 1 बी से पता चलता है कि साधारण और एंटीसिमेट्रिक एक्सचेंज इंटरैक्शन में छह गुना समरूपता होती है, जो इरिडियम सतह से जुड़ी होती है। यदि एंटीसिमेट्रिक एक्सचेंज इंटरैक्शन की शक्ति कम हो जाती है, तो कोई स्काईयरियन ( 1 सी ) और एंटीस्कर्मियन ( 1 डी ) के लिए संतुलन स्थिति तक पहुंच सकता है।

शोधकर्ताओं ने ध्यान दिया कि इन-प्लेन करंट को फेरोमैग्नेटिक मेटल और एक सामान्य मेटल सब्सट्रेट से गुजरना चाहिए। हालांकि, इस मामले में, अधिकांश वर्तमान केवल इरिडियम सब्सट्रेट से गुजरता है, क्योंकि परत की प्रतिरोधकता अल्ट्रैथिन फेरोमैग्नेट्स के लिए बहुत अधिक सटीक है।

1e जाली के हेक्सागोनल संरचना और एंटीसिमेट्रिक एक्सचेंज इंटरैक्शन के वैक्टर की दिशा का प्रतिनिधित्व करता है, जो कि एंटी-स्काईयरियन स्टेट को बनाए रखने के लिए उपयोग किया जाता था।

1f एक एंटीसिमेट्रिक एक्सचेंज इंटरैक्शन के साथ एक स्किरिअम का संतुलन राज्य है और छवि 1g एक एंटीसिमेट्रिक एक्सचेंज इंटरैक्शन के साथ एक एंटीस्किमियम के संतुलन राज्य को दर्शाता है।

स्पिन डायनामिक्स और स्किर्मियन-एंटीस्कर्मियन की एक जोड़ी का गठन


चित्र संख्या 2

चित्रा 2 ए स्पिन-ऑर्बिट पल के एक समारोह के रूप में स्काईमिशन और एंटिस्कर्मिन के औसत वेग 〉 v changes में परिवर्तन दिखाता है, जहां = _FL =। _DL । विरोधी प्रसार के लिए तीन प्रचार मोड निर्धारित किए गए थे: कम वर्तमान में रैखिक गति, मध्यम वर्तमान में विक्षेपित गति और उच्च धारा पर ट्रोचोइडल गति।

यह ध्यान देने योग्य है कि एंटी-स्किरिमन्स की गति स्पिन-ऑर्बिट क्षण के समानांतर नहीं बढ़ती है, जैसा कि स्किरिअम में होता है।

रेखाचित्रों के व्यवहार की गणना ने एंटीस्किमों के प्रक्षेपवक्र के संबंध में एक धारणा बनाना संभव बना दिया, जैसा कि चित्र 2 बी में दिखाया गया है। तीन मोड के लिए तीन पथ विकल्प। तीर गति वेक्टर की दिशा को इंगित करता है।

छवि 2c में आधुनिक अमूर्ततावाद विभिन्न मूल्यों और अनुपातों के लिए विभिन्न व्यवहार का एक चरण आरेख है ( _FL (क्षेत्र की तरह टोक़ बल) और ( _DL ("नम" टोक़ बल)। मशीन लर्निंग एल्गोरिदम के लिए धन्यवाद, तीन मुख्य प्रकार के प्रक्षेपवक्र (रैखिक, विचलन और ट्रॉकोइडल) की पहचान की गई जो कि वेग और प्रसार की दिशाओं की एक विस्तृत श्रृंखला को कवर करते हैं।

ट्राइकोइडल और विचलन वाले प्रक्षेपवक्र विरोधी स्किर्मियन के मूल के विरूपण के कारण उत्पन्न होते हैं। यह ट्राइकोहाइडल प्रक्षेपवक्र है जो स्पिन-ऑर्बिट क्षण के मूल्यों की एक बहुत विस्तृत श्रृंखला के साथ उत्पन्न होता है।


छवि 3 ए

नाभिक की विकृति एक गतिशील चर t (टी) की उपस्थिति की विशेषता है, जो स्किर्मियन और एंटी-स्किर्मियन (छवि 3 ए , जहां q = 1 स्काईयरियन हैं और क्यू -1 एंटी-स्किरिमन्स हैं) की हेलीकॉप्टरिटी को इंगित करता है।

स्कर्मीशन के लिए चर ch बलोच और नेल राज्यों के बीच एक निरंतर संक्रमण का वर्णन करता है, जो विपरीत चिरलिटी के लिए है, और एंटी-स्किरिअम के लिए, बलोच और नेल एक्सिस का रोटेशन।

शोधकर्ताओं द्वारा बनाई गई प्रणाली में, नाभिक का विरूपण स्पिन-ऑर्बिट पल के कारण होता है, जो फिल्म के विमान में चुंबकत्व में झुकाव की ओर जाता है, जो कि आयाम _z और अज़ीमुथ ϕ _टी द्वारा विशेषता है।

बाहरी स्पिनों के लिए, ढलान हर समय एक ही होता है, लेकिन एंटीस्किरियन कोर के अंदर यह ψ पर निर्भर करता है।

यह पाया गया कि छोटे and _FL और बड़े a _{DL के लिए} , एक नया गतिशील राज्य उत्पन्न होता है, जिससे स्किर्मियन-एंटीस्कर्मियन की एक जोड़ी बनती है। जब एंटी-स्काईयरियन अपने ट्रॉकोइडल प्रक्षेपवक्र के साथ गुजरता है, तो यह गंभीर विकृति (नाभिक की लंबाई) के साथ होता है। यह छवि 4 ए (विशेष रूप से, टी = 3 पीएस पर) में देखा जा सकता है। इसके अलावा, यह बढ़ाव, जो कि स्किर्मियन-एंटिस्किर्मन की एक जोड़ी है, नाभिक से ही अलग हो जाता है।


चित्र संख्या 4

चित्रा 4 बी इस प्रक्रिया के टोपोलॉजिकल चार्ज घनत्व को दर्शाता है। हालाँकि, युगल का अस्तित्व स्थायी नहीं है। समय के साथ, यह जोड़ी क्षय होना शुरू हो जाती है, क्योंकि स्पिन-ऑर्बिट क्षणों को अलग-अलग दिशाओं में स्थानांतरित करने के लिए स्किर्मियन और एंटी-स्किरियन "बल" होता है। Skyrmion जोड़ी गठन के बिंदु से एक रैखिक पथ के साथ चलती है। एंटीकोर्सिमेशन एक ट्रोकोइडल प्रक्षेपवक्र के साथ चलना शुरू करता है, जो एक नई जोड़ी (छवि 4 सी ) के गठन की ओर जाता है। इस प्रक्रिया को बार-बार दोहराया जाता है, और इससे यह पता चलता है कि एक एकल जोड़ी से दूर एक एकल एंटी-स्किर्मियन से बनाना संभव है, लेकिन कई नए जोड़े।

एंटीसिममेट्रिक एक्सचेंज इंटरैक्शन

हम पहले से ही पहले से ही जान चुके थे कि विचलन और ट्रिकॉइडल प्रक्षेपवक्र केवल एंटी-स्काईयर में पाए गए थे। यह इस तथ्य के कारण है कि स्किर्मियन की आंतरिक ऊर्जा (बराबर एंटीसिमेट्रिक एक्सचेंज इंटरैक्शन, इसके बाद के एओबी) के अवरोध बहुत अधिक है, जो कि एंटी-स्किरियन के लिए मामला है। यही है, विपरीत टोपोलॉजिकल चार्ज के बीच विषमता एओबी पर निर्भर करती है, न कि चार्ज पर ही।


AOW की अनुपस्थिति में skyrmions और विरोधी skyrmions की गतिशीलता

एओबी का महत्व स्पष्ट और आसान है अगर यह सिस्टम में नहीं है। इस मामले में, झड़पों और विरोधी-झड़पों को निराश विनिमय सहभागिता के कारण एक मेटास्टेबल राज्य बनाए रखना होगा, जो एक संतुलन स्थिति (ऊपर और छवि में बी ) की ओर जाता है। यह पता चला है कि सिस्टम में स्काईयरियन और एंटी-स्किर्मियन के बीच कोई इंटरैक्शन नहीं है, जो बलोच और नेल राज्यों के विनाश की ओर जाता है। नतीजतन, छवि में दिखाया गया प्रोफ़ाइल स्काईरियम्स के मेटास्टेबल स्थिति का एहसास करने का एकमात्र तरीका है, और छवि बी एंटी-स्काईयरियन की मेटास्टेबल स्थिति है।

छवि में हम देखते हैं कि विपरीत टोपोलॉजिकल चार्ज के लिए विपरीत दिशा के साथ एक परिपत्र गति है।

एक निष्कर्ष के रूप में, एंटीसिमेट्रिक एक्सचेंज इंटरैक्शन के बिना स्किर्मियन-एंटीस्कर्मियन जोड़े का गठन असंभव है।

वैज्ञानिकों की रिपोर्ट से उनके अनुसंधान की विशेषताओं का पूरी तरह से पता चलता है, इसलिए, मैं अत्यधिक अनुशंसा करता हूं कि आप इसके साथ खुद को परिचित करें।

सामग्री पर काम करने की प्रक्रिया में, मुझे एक बहुत प्रभावशाली काम मिला "धातु की परतों में स्पिन टोरेस और स्पिन-ऑर्बिट क्षणों का परिचय"। शायद कोई काम आएगा, इसलिए मैं एक संदर्भ छोड़ देता हूं।

उपसंहार

वैज्ञानिकों के अनुसार, इस अध्ययन ने अल्ट्रैथिन फेरोमैग्नेटिक फिल्मों में विभिन्न स्पिन-ऑर्बिट क्षणों में समृद्ध गतिशीलता को दिखाया। वे अपने काम के सबसे महत्वपूर्ण बिंदुओं को जोड़ी के गठन (भंवर कोर के रिवर्स) की प्रक्रिया का वर्णन करते हैं और स्काईयरियन की तुलना करते हैं और माइक्रोमैग्नेटिज़्म की अन्य घटनाएं।

यह कार्य निश्चित रूप से आगे के अनुसंधान का आधार बन जाएगा, जिसका उद्देश्य कुछ गतिशील गुणों के लिए उनके अनुकूलन के लिए सतह या इंटरफ़ेस के आवश्यक अभिविन्यास को चुनने की क्षमता का बोध होगा। यह सामग्री विज्ञान में एक नया दौर बन जाएगा, यह देखते हुए कि पहले ध्यान केवल स्कर्मींस के आधार पर मेमोरी और तार्किक अनुप्रयोगों के लिए रैखिक गति पथों के मात्रात्मक निर्धारण और नियंत्रण पर ध्यान दिया गया था।

यह अध्ययन एक ही सामग्री प्रणाली के भीतर विभिन्न मेटास्टेबल राज्यों के तहत एक बार में कई अलग-अलग गतिशीलता के अस्तित्व की संभावना को दर्शाता है।

परिणामस्वरूप, इस तरह के विकास नए प्रकार के सूचना भंडारण और प्रसंस्करण उपकरणों के निर्माण का आधार बन सकते हैं, जो सूचना प्रौद्योगिकी की दुनिया में बहुत क्रांति लाएगा।

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