Ученые-физики создали каплеобразные солитоны

Исследователи успешно создали предсказанный еще 35 лет назад магнитный солитон, который представляет собой вращающееся магнитное поле в виде капли, имеющей наноразмеры. С помощью солитонов ученые надеются построить принципиально новые магнитные, основанные на спин-эффектах компьютеры.

Солитоны являются волнами, локализованы в пространстве, которые сохраняют свои размеры и момент вращения. Впервые они наблюдались в воде. Солитоны, образованные световыми волнами, могут быть полезны для передачи информации на большие расстояния и с очень высокой скоростью. Но каплеобразные солитоны никогда не наблюдались в магнитном поле, хотя ученые полагали, что они могут существовать.

Математик Марк Хоефер (Mark Hoefer) из университета штата Северная Каролина создал математическую модель того, как солитон может выглядеть. Когда физик Йохан Акерман (Johan Akerman) и аспирант Маджид Мохсени (Majid Mohseni) из Королевского технологического института Швеции (KTH) и Университета Гетеборга (University of Gothenburg) получили экспериментальные данные, которые, казалось, соответствовали модели Хоефера, они решили попробовать и подтвердить существование магнитного каплеобразного солитона.

С помощью нанопроводов физики подводили постоянный ток к магниту. Все электроны обладают угловым моментом вращения, называемым спином. Угловой момент вращения это то, что удерживает вращающийся объект в определенном направлении. Каждый электрон внутри магнита, ведет себя как волчок, и все спины электронов внутри магнита ориентированы примерно в одном направлении. Ввод постоянного тока в эту группу электронов «впрыскивает» дополнительную энергию в магнитную систему, вызывая изменение спина электронов в некоторой близлежащей области.

В результате такого воздействия начинается прецессия спинов электронов, точно так же как началась бы прецессия механических волчков выведенных физическим воздействием из вертикального положения. Такая прецессия спинов электронов приводила к появлению крошечных вращающихся магнитных полей-капель, или солитонов. Также такую технологию можно применить при заправке картриджей kyocera.

Ученые смогли обнаружить присутствие солитона путем измерения частоты прецессии спина электронов. Они заметили характерную «подпись» солитона – резкое уменьшение частоты в сочетании с большим скачком в мощности – и поняли, что их поиск увенчался успехом.

“Эти солитоны мы назвали “диссипативными”, потому что они были получены за счет рассеяния энергии прецессии магнитами, – сказал Хоефер. – Они сохраняют свою стабильность, уравновешивая количество энергии, поступающей в систему с помощью постоянного тока, с количеством энергии, которая выходит”.

В дополнение к демонстрации существования этих солитонов, исследователи также отметили некоторые другие интересные свойства солитонов, в том числе колебательные движения и периодическую деформацию, которую они назвали “дыханием”. Материалы об открытии ученых будут опубликованы в журнале «Science».

“Солитоны отличное средство для передачи информации, так что результат их обнаружения в магнитной системе может иметь такие последствия как реализация спин-вычислений, нового способа обработки информации, а также создания жестких дисков, имеющих более высокую плотность размещения на них информации», – отметил Хоефер.

Источник