Mød skyrmionerne - eksotiske kvasipartikler kan revolutionere computeren

Unikke fysiske egenskaber ved disse "magiske knob" kan være med til at tilfredsstille efterspørgslen efter IT-strøm og -lagring ved at bruge en brøkdel af energien.

For de fleste af os, eventuelle bekymringer om computerhastighed eller datalagring er normalt for at få det til at gå hurtigere, mens der lagres mere. Vi tænker næsten aldrig på de enorme mængder energi, der allerede kræves for at drive internetservere eller oplade det stigende antal enheder, vi ejer. "Computerens CO2-aftryk, IT og internettet er ved at blive enormt. Det er omkring ti år siden, at det blev større end CO2-fodaftrykket fra flyrejser, " siger Christopher Marrows, professor i kondenseret stof fysik ved University of Leeds, Storbritannien.

Han er en af ​​flere samarbejdspartnere på MAGicSky, et EU-projekt, der kæmper med fysikken i unikke "kvasipartikler" kaldet skyrmioner, opkaldt efter videnskabsmanden Tony Skyrme, som først teoretiserede deres eksistens i 1962. På grund af deres unikke egenskaber, skyrmioner er mindre, og mere stabile og mobile end nuværende computere og magnetiske lagerenheder, gør dem til et bedre grundlag for at bygge den næste generation af it-enheder – plus den nødvendige energi til at drive dem er brøkdele af, hvad vi bruger nu, fra ti gange mindre til potentielt meget mere.

En skyrmion er et twist, eller en knude, i et ellers ensartet magnetfelt, der skaber et område, hvor elektronerne fra en gruppe atomer retter sig ikke efter de magnetiske poler, men derimod i hvirvler. Når de først er arrangeret i denne unikke topologi, kan de opføre sig som partikler og er beskyttet mod ydre kræfter.

"Hvis du vil skabe eller ødelægge en skyrmion, der kræver, at du gør noget ret voldsomt ved magnetiseringen, " forklarer Marrows. "Hvis du gemmer data, vil du være sikker på, at når du kommer tilbage og kigger i næste uge, næste år eller om ti år, at den stadig er der."

Ikke kun er skyrmioner sikre, de er også små sammenlignet med nuværende magnetiske lagerenheder. "De kan rejse over store afstande og kræver meget lidt energi at rejse, " siger Dr. Katia Pappas, professor ved Delft University of Technology i Holland. "Skyrmions kan ikke kun bane vejen for højdensitetsopbevaring, men også nye slags enheder med meget lavt energiforbrug."

Disse nye maskiner vil måske en dag udnytte en menneskelig hjernes computerkraft. "Med en skyrmion, fordi den er som en lille partikel, kan du flytte den rundt i mere end én dimension, " siger Marrows, gør deres computerpotentiale uhyre større end de nuværende metoder, der fungerer i todimensionelle, binære måder. Han tilføjer, at skyrmioner er en lovende måde at kunne gøre noget neuralt på, indbygget i hardware. Men før neural processorkraft kommer til vores bærbare computere, skyrmions grundlæggende fysik skal først forstås.

"Stabilisering af skyrmioner er noget, der diskuteres ret bredt i samfundet, " siger Dr. Sebastian Mühlbauer, professor i afdelingen for fysik ved det tekniske universitet i München, Tyskland. For ham er disse grundlæggende spørgsmål afgørende:hvordan kan man designe et materiale, der viser magnetiske skyrmioner? Hvilken slags ingredienser har du brug for? Hvad er den minimale energikonfiguration? Efterhånden som mere af denne information bliver tilgængelig, vender fokus uundgåeligt sig til applikationer. "Der er grupper, der ser på teori og virkelig ser på skyrmions grundlæggende egenskaber, men flere og flere mennesker går i retning af ansøgninger, " siger Mühlbauer.

Marrows og MAGicSky-samarbejdspartnerne, støttet af EU's Future and Emerging Technologies (FET)-program, er en af ​​de grupper, der arbejder på at forstå den grundlæggende fysik. De har opnået skyrmioner ved stuetemperatur, et stort fremskridt i forhold til de kryogene temperaturer, der engang var nødvendigt, og Marrows specifikt har øget deres evne til at opdage skyrmioner; et afgørende skridt for at læse alle data, der er lagret i skyrmions.