Sciencemag.cz
Doporučujeme
Už asi 15 let známe skyrmiony, tedy struktury spinů vytvářející v nanoměřítku smyčky, „magnetické víry“. V důsledku této topologie mají skyrmiony vlastnosti podobné částicím (často se označují jako kvazičástice). Je obtížné je vytvořit nebo zničit, mohou se pohybovat a dokonce se od sebe odrážet. Skyrmion má také dynamické režimy – může se různě natahovat či jinak deformovat, vířit a kmitat apod.
Jak praví tisková zpráva University of Tennessee (Knoxville), podle nově provedeného výzkumu během svého „poskakování“ skyrmiony vytvářejí magnetické spinové vlny s velmi krátkou vlnovou délkou („strmé, relativně vysoké“, viz obrázek). A interakcí těchto vln pak vznikají nečekané fraktální struktury.
„Mnoho lidí tančících v bazénu vytváří mnoho vln, což za normálních okolností vypadá prostě jako rozbouřené, chaotické moře. Vlny vytvářené skyrmiony jsme jale změřili a ukázali, že mají dobře definovanou strukturu a dohromady tvoří fraktál, který se mění s frekvencí v řádech bilionů (trillions) za sekundu,“ uvádí spoluautor studie Dustin Gilbert.
Fraktály jsou zajímavé mj. i svým spojením s teorií chasu, tedy situací, kdy malé změny počátečních podmínek způsobují velké následky. „Pokud máte skyrmionovou mřížku a aplikujete na ni spinové vlny, způsob, jakým vlny procházejí touto fraktální strukturou, bude velmi úzce záviset na její konstrukci,“ říká dále D. Gilbert. Chování systému bude připomínat mozek, neuronové sítě a další systémy řazené do neuromorfních výpočetních architektur. Výpočetní jednotkou bude struktura skyrmionů, vstupem spinové vlny, výstupem jiné spinové vlny. Nebo můžeme skyrmion brát jako „kámen“, který házíme do rybníka, pomocí různých skyrmionů vytvoříme různé vlny, které spolu budou interferovat (skyrmiony a jejich struktura je každopádně „to , co programujeme“).
Objev byl částečně učiněn na základě experimentů s rozptylem neutronů. Neutrony jsou magnetické a snadno procházejí materiály, což z nich činí ideální sondu pro studium materiálů se složitým magnetickým chováním, jako jsou právě skyrmiony.
Na studii se dále podíleli vědci z National Institute of Standards and Technology, Oak Ridge National Laboratory a University of California (San Diego).
Nan Tang et al, Skyrmion‐Excited Spin‐Wave Fractal Networks, Advanced Materials (2023). DOI: 10.1002/adma.202300416
Zdroj: University of Tennessee, Knoxville / Phys.org
Poznámka PH: Z textu si lze vše představit jen dost nekonkrétně, nicméně bude-li na toto téma výzkumů přibývat, jistě si na příslušné koncepty nějak zvykneme a porozumíme jim postupně lépe. (Tak třeba: za spinovou vlnu je označován i magnon apod. struktury. Jaký to má vztah ke spinovým vlnám popisovaným výše?)
Tady už jsme v oblasti kvantové fantasy…