Hvorfor skyrmioner kunne have meget til fælles med glas og højtemperatur-superledere

Skyrmioner, små hvirvler af magnetiske øjeblikke, har for nylig tiltrukket sig meget opmærksomhed på grund af deres potentielle anvendelser inden for spintronik og andre områder af fysik. Overraskende nok deler skyrmioner flere spændende ligheder med to tilsyneladende ikke-relaterede fænomener:glas og højtemperatur-superledere.

Ligheder med Glass:

1. Frustration og lidelse :Glas er et fast stof, hvor atomer eller molekyler er arrangeret på en uordnet måde, hvilket fører til frustration i systemet. Tilsvarende kan skyrmioner ses som magnetiske "kvasipartikler", der opstår på grund af frustration i de magnetiske interaktioner mellem spins.

2. Faseovergang :Overgangen fra en normal væske til en glasagtig tilstand involverer en ændring i materialets struktur og dynamik. I tilfælde af skyrmioner gennemgår visse materialer en faseovergang fra en konventionel magnetisk tilstand til en skyrmionfase, da temperaturen eller magnetfeltet varieres.

3. Langsom dynamik :Glas udviser langsom afslapningsdynamik på grund af frustration og uorden i dets atomarrangementer. Skyrmioner kan også udvise langsom dynamik, såsom krybebevægelse og afslapning, på grund af samspillet mellem skyrmioner og deres omgivelser.

Ligheder med højtemperatursuperledere (HTSC'er):

1. Fluxkvantisering :HTSC'er er karakteriseret ved kvantisering af magnetisk flux, hvilket betyder, at den magnetiske flux gennem visse områder af materialet er begrænset til specifikke diskrete værdier. Skyrmioner udviser også fluxkvantisering, da det magnetiske moment omsluttet af en skyrmion kvantiseres.

2. Hvirvellignende strukturer :HTSC'er udviser hvirvellignende strukturer kendt som Abrikosov-hvirvler, som dannes, når magnetiske felter trænger ind i superlederen. Skyrmioner kan også ses som vortex-lignende strukturer i spin-teksturen, selvom de adskiller sig i deres underliggende mekanismer.

3. Topologisk beskyttelse :Både skyrmioner og Abrikosov-hvirvler er topologisk beskyttede, hvilket betyder, at deres eksistens og egenskaber er robuste over for visse typer forstyrrelser. Denne topologiske beskyttelse spiller en afgørende rolle for disse strukturers stabilitet og adfærd.

Disse ligheder mellem skyrmioner, glas og HTSC'er fremhæver den rige og forskelligartede adfærd, der kan opstå i komplekse fysiske systemer. Forståelse af forbindelserne mellem disse tilsyneladende forskellige fænomener kan give værdifuld indsigt i de grundlæggende principper, der styrer deres adfærd og åbne nye veje for udforskning og potentielle teknologiske anvendelser.