Existem formas fantasmagóricas escondidas em campos magnéticos.
Eles não são feitos de material da maneira que um raio ou raio de luz é. Um raio de luz carrega um grupo bastante definido de elétrons desde o céu até o chão. A luz do sol que atinge seu rosto consiste principalmente dos mesmos fótons que viajaram milhões de quilômetros do sol.
Mas os campos magnéticos contêm coisas chamadas skyrmions que são diferentes de elétrons e fótons; um skyrmion é um nó de linhas de campo magnético que se enrolam. À medida que se desloca de um ponto para o outro, um skyrmion se renova das linhas do campo magnético que já estão lá. O nó se mantém unido porque as linhas do campo magnético resistem a passar umas pelas outras. Assim, enquanto os skyrmions são insubstanciais e diferentes dos objetos que estamos acostumados a pensar, eles agem como coisas mais tangíveis.
Os físicos chamam esses skyrmions de "quase-partículas" e suspeitam que eles possam explicar fenômenos tão díspares quanto o raio da bola e a estrutura nuclear de um átomo. Agora, em um novo artigo, os pesquisadores mostraram que skyrmions podem ser recheados uns com os outros, assumindo uma forma completamente nova. Esses "sacos de skyrmion" inchados são objetos fascinantes por si só, mas as coisas bizarras também podem ser úteis para a computação futurista, disseram os pesquisadores.
Enchê-los em um saco
A equipe revelou as bolsas skyrmion em um artigo publicado em 1º de abril na revista Nature Physics. O resultado baseia-se em uma semelhança fundamental entre as quasipartículas fantasmagóricas e a matéria sólida: a existência de antipartículas.
Assim como os prótons têm antiprótons equivalentes que se aniquilam quando em contato, os skyrmions têm antiskyrmions.
"Um antiskyrmion é um skyrmion onde todos os números são revertidos", disse David Foster, físico da Universidade de Birmingham, na Inglaterra, e um dos principais autores do novo estudo.
Portanto, se uma linha de campo magnético aponta para o norte em um skyrmion, ela apontaria para o sul em um antiskyrmion. Mas antiskyrmions e skyrmions se repelem poderosamente. Isso acabou sendo a chave para a construção de sacos skyrmion, disseram os pesquisadores.
"Se eu pego um skyrmion e o alongo um pouco, pego um antiskyrmion e o coloco no centro dele ... eles não se aniquilarão. É uma construção estável", disse Foster à Live Science.
Além disso, os pesquisadores perceberam que, uma vez que um skyrmion foi esticado, você pode colocar ainda mais antiskyrmions dentro dele.
E essa percepção, disse Foster, abriu novamente a porta para uma ideia de seis anos de idade de colocar skyrmions para funcionar.
Armazenamento Skyrmion
Em 2013, um trio de pesquisadores propôs um "dispositivo de memória skyrmion racetrack" teórico na revista Nature Nanotechnology.
A idéia era que os pequenos padrões magnéticos pudessem oferecer uma solução para um problema básico no design de computadores: consumo de eletricidade.
"Se você considera um disco rígido antiquado, que é uma espécie de disco giratório, é preciso muita energia", disse Foster.
A substituição de baixa potência proposta pelos pesquisadores de 2013 tiraria vantagem do fato de que uma corrente muito pequena faz com que skyrmions em uma superfície magnética se movam rapidamente.
Talvez, sugeriram esses pesquisadores, se você pegasse uma tira longa e fina de material magnético (a pista de corrida) e a carregasse com skyrmions, seria possível codificar os dados no material magnético em intervalos entre as quase-partículas. Um leitor magnético pode interpretar um intervalo longo entre skyrmions como um binário 1 e um intervalo curto como um 0 binário, por exemplo.
Para recuperar esses dados armazenados, uma corrente elétrica poderia induzir os skyrmions a se movimentar para frente e para trás sob um leitor magnético. É preciso muito pouco poder para mover skyrmions para frente e para trás ao longo de uma superfície magnética, para que o dispositivo resultante possa ser muito eficiente.
Mas a ideia teve alguns problemas básicos, disse Foster. Embora os skyrmions sejam razoavelmente estáveis, as lacunas entre eles não são. Com o tempo, imperfeições nas tiras magnéticas atrapalhariam os dados à medida que os skyrmions se moviam para frente e para trás.
"Campos magnéticos dispersos entram. E isso é como lombadas que aparecem e desaparecem. E com essas brechas aparecendo e desaparecendo, as brechas entre você serão perdidas", disse Foster.
Como as bolsas podem resolver o problema
A coisa realmente interessante aqui, disse Foster, é que os sacos de skyrmion não perdem antiskyrmions ao longo do tempo ou quando passam por "lombadas" magnéticas.
Coloque um monte de sacos de skyrmion em um dispositivo de pista, escreveram os pesquisadores do novo estudo, e um computador pode codificar e recuperar dados com base no número de antiskyrmions em cada saco que passa sob o leitor.
"Meus colegas estão realmente empolgados com a ideia de que você também pode aumentar a densidade de dados dessa maneira", disse Foster.
Onde o armazenamento convencional de computadores depende apenas de 1s e 0s, ele disse, um sistema de bolsa skyrmion pode usar 0s, 1s, 2s, 3s e assim por diante. Isso abriria a porta para formas muito mais complexas de codificação de dados que poderiam colocar muito mais informações em um determinado espaço do que um método binário tradicional.
O teste de cristal líquido
Ainda ninguém conseguiu fazer um saco de skyrmion em uma tira magnética. Mas depois de testar o conceito usando simulações de computador, Foster e sua equipe no Reino Unido procuraram um grupo de pesquisadores da Universidade do Colorado para trazer as primeiras bolsas de skyrmion conhecidas para o mundo.
Normalmente, os físicos pensam em skyrmions como coisas que existem em campos magnéticos. Mas as partículas também podem existir em outras substâncias, como os cristais líquidos - moléculas alinhadas, rígidas e em forma de bastão - que preenchem as telas do laptop e de alguns celulares.
Com "pinças ópticas" de precisão, a equipe da Universidade do Colorado (chefiada pelo experimentalista Ivan Smalyukh) "desenhou" sacos de skyrmion no cristal líquido, disse Jung-Shen Tai, um estudante de física do laboratório.
Esses sacos de skyrmion permaneceram indeléveis na substância cristalina e visíveis quando os pesquisadores os examinaram através de microscópios. Isso (junto com a simulação por computador) é uma forte evidência de que os sacos de skyrmion também seriam estáveis em ímãs, disse Foster.
Até agora, ninguém relatou a construção de nenhum dispositivo de armazenamento de pista do mundo real, muito menos de dispositivos de armazenamento baseados em sacos de skyrmion. Mas esses dispositivos estão chegando, insistiu Foster.
"Eu já sei que as pessoas estão trabalhando em subsídios para fazer essas coisas", disse ele.
