skyrmion แม่เหล็กแรกที่ค้นพบโดย Pfleiderer เว็บตรง และเพื่อนร่วมงานปรากฏขึ้นตามธรรมชาติในผลึกที่มีโครงสร้างไม่สมมาตรซึ่งทำให้เกิดการบิดระหว่างอะตอมที่อยู่ใกล้เคียง มีเพียงวัสดุบางชนิดเท่านั้นที่มีโครงสร้างไม่สมมาตรที่เป็นมิตรกับสกายร์เมียน ซึ่งจำกัดความเป็นไปได้ในการศึกษาอนุภาคควอซิเพิลหรือเกลี้ยกล่อมให้ก่อตัวภายใต้สภาวะที่ร้อนกว่า
ในไม่ช้านักฟิสิกส์ได้พัฒนาวิธีการสร้างโครงสร้างที่ไม่สมมาตรโดยการวางวัสดุไว้ในชั้นบาง ๆ ปฏิกิริยาระหว่างอะตอมในชั้นต่างๆ สามารถทำให้เกิดการบิดตัวในแนวของอะตอมได้ นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุ Axel Hoffmann จาก Argonne National Laboratory ในรัฐอิลลินอยส์กล่าวว่า “ตอนนี้ เราสามารถใช้วัสดุแม่เหล็กธรรมดาๆ ผสมผสานกับวัสดุอื่นๆ ได้อย่างชาญฉลาด และทำให้มันทำงานที่อุณหภูมิห้องได้
นักวิทยาศาสตร์ได้ผลิต skyrmion แบบฟิล์มบางเช่นนี้เป็นครั้งแรกในชั้นเหล็กหนาหนึ่งอะตอมบนอิริเดียมแต่อุณหภูมิยังคงต่ำมาก รายงานในNature Physicsในปี 2011 skyrmion ที่เป็นฟิล์มบางนั้นต้องการอุณหภูมิที่เย็นจัด 11 เคลวิน (–262° C) นั่นเป็นเพราะว่าฟิล์มบางของเหล็กสูญเสียสมบัติทางแม่เหล็กของมันไปเหนืออุณหภูมิที่กำหนด ฟอน เบิร์กมันน์ ผู้ร่วมเขียนการศึกษาร่วมกับโรลันด์ วีเซนแดเงอร์ นักวิทยาศาตร์ระดับนาโนจากมหาวิทยาลัยฮัมบูร์กและคณะกล่าว แต่ฟิล์มที่หนากว่าสามารถคงความเป็นแม่เหล็กได้ที่อุณหภูมิสูงขึ้น ดังนั้น “ขั้นตอนสำคัญประการหนึ่งคือการเพิ่มปริมาณของวัสดุแม่เหล็ก” von Bergmann กล่าว
เพื่อให้หนาขึ้น
นักวิทยาศาสตร์เริ่มวางแผ่นวัสดุแม่เหล็กและวัสดุที่ไม่ใช่แม่เหล็กต่างๆ ซ้อนกัน เช่น คลับแซนด์วิชที่มีชั้นเนื้อ ชีส และขนมปังซ้ำกัน นักวิจัยรายงานเมื่อเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2559 ที่Nature Nanotechnology ซึ่งซ้อนอิริเดียม แพ ลตตินั่ม และโคบอลต์หลายชั้น เข้า ด้วยกัน
โดยการปรับประเภทของวัสดุ จำนวนชั้น และความหนาของวัสดุ นักวิทยาศาสตร์สามารถออกแบบ skyrmions ของนักออกแบบแฟชั่นที่มีคุณสมบัติที่ต้องการได้ เมื่อนักฟิสิกส์เรื่องสารควบแน่น Christos Panagopoulos จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีนันยางในสิงคโปร์และเพื่อนร่วมงานได้เล่นซอกับองค์ประกอบของชั้นของอิริเดียม เหล็ก โคบอลต์ และแพลตตินั่ม สกายร์เมียนที่หลากหลายก็หมุนเวียนเข้ามา นักวิจัยรายงานในNature Materialsในเดือนกันยายน 2017
แม้ว่าตอนนี้นักวิทยาศาสตร์รู้วิธีสร้าง skyrmion ที่อุณหภูมิห้องแล้วก็ตาม แต่เกลียวหมุนที่ทนต่อความร้อนซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางหลายสิบถึงหลายร้อยนาโนเมตรมีแนวโน้มที่จะใหญ่เกินไปที่จะมีประโยชน์มาก Wiesendanger กล่าวว่า “ถ้าเราต้องการแข่งขันกับเทคโนโลยีล้ำสมัยในปัจจุบัน เราต้องเลือกวัตถุท้องฟ้า [ที่] มีขนาดเล็กกว่า 100 นาโนเมตรมาก” จุดมุ่งหมายคือการทำให้ skyrmion ที่อุ่นขึ้นเหลือไม่กี่นาโนเมตร
ในขณะที่บางคนพยายามย่อ skyrmion ที่อุณหภูมิห้องให้เล็กลง คนอื่นๆ ก็กำลังเร่งความเร็วเพื่อให้อ่านและเขียนข้อมูลได้อย่างรวดเร็ว ในการศึกษาที่รายงานในNature Materialsในปี 2559 skyrmions ที่อุณหภูมิห้องมีความเร็วสูงสุด 100 เมตรต่อวินาที (ประมาณ 220 ไมล์ต่อชั่วโมง) เหมาะสมแล้วที่ไดรเวอร์ NASCAR ความเร็วสูงสุดทำได้ ผลการศึกษาพบว่าสนามแข่ง skyrmion อาจใช้งานได้จริง Mathias Kläui ผู้ร่วมวิจัยด้านการศึกษา นักฟิสิกส์เรื่องย่อที่ Johannes Gutenberg University Mainz ในเยอรมนีกล่าว “โดยพื้นฐานแล้วมันเป็นไปได้ที่อุณหภูมิห้อง” แต่เพื่อแข่งขันกับกำแพงโดเมน ซึ่งสามารถเข้าถึงความเร็วมากกว่า 700 ม./วินาที skyrmions ยังคงต้องชนกับแก๊ส
แม้จะมีความคืบหน้า แต่ก็มีความท้าทายอีกสองสามข้อที่ต้องดำเนินการ ปัญหาหนึ่งที่เป็นไปได้: รูปแบบการหมุนวนของ skyrmion ทำให้มีลักษณะเหมือนวัตถุที่หมุนได้ “เมื่อคุณมีวัตถุที่หมุนได้เคลื่อนที่ มันอาจจะไม่ต้องการเคลื่อนที่เป็นเส้นตรง” ฮอฟฟ์มันน์กล่าว “ถ้าคุณเป็นนักกอล์ฟที่แย่ คุณก็รู้นี่” Skyrmions ไม่เคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวกับกระแสไฟฟ้า แต่เป็นมุมกับกระแสไฟฟ้า บนสนามแข่ง skyrmions อาจชนกำแพงแทนที่จะอยู่ในเลน ตอนนี้นักวิจัยกำลังมองหา skyrmion ชนิดใหม่ที่สามารถติดตามได้
โฉมใหม่
เฉกเช่นมีหลายวิธีในการผูกปม มี skyrmion หลายประเภท ซึ่งก่อตัวขึ้นด้วยรูปทรงต่างๆ ของการบิดแม่เหล็ก สองประเภทที่รู้จักกันดีที่สุดคือ Bloch และNéel พบโบลชสกายเมียนในผลึกหนาไม่สมมาตร ซึ่งตรวจพบสกายเมียนในครั้งแรก และนีลสกายร์เมียนมักปรากฏในฟิล์มบาง
นักเคมีกายภาพ Claudia Felser จากสถาบัน Max Planck สำหรับฟิสิกส์เคมีของของแข็งในเมืองเดรสเดนประเทศเยอรมนีกล่าวว่า “ประเภทของ skyrmions ที่คุณได้รับนั้นเกี่ยวข้องกับโครงสร้างผลึกของวัสดุ Felser ศึกษาสารประกอบของ Heusler ซึ่งเป็นวัสดุที่มีคุณสมบัติผิดปกติซึ่งมีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการจัดการสนามแม่เหล็ก Felser, Parkin และเพื่อนร่วมงานตรวจพบ skyrmion ชนิดใหม่ซึ่งเป็น antiskyrmion ในชั้นบาง ๆ ของวัสดุดังกล่าว พวกเขารายงานการค้นพบในเดือนสิงหาคม 2017 ในNature
Antiskyrmions อาจหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดบางอย่างที่ญาติของพวกเขาเผชิญ Parkin กล่าว “มีแนวโน้มว่าพวกมันสามารถเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงตามกระแสน้ำ แทนที่จะเคลื่อนที่ไปด้านข้าง” skyrmions ยิงตรงดังกล่าวอาจเหมาะกว่าสำหรับแผนการแข่ง และแอนติสกายร์เมียนที่สังเกตพบจะคงตัวที่อุณหภูมิช่วงกว้าง ซึ่งรวมถึงอุณหภูมิห้องด้วย Antiskyrmions อาจย่อให้เล็กลงกว่า skyrmion ชนิดอื่น
นักฟิสิกส์กำลังตามล่าหา skyrmion ภายในขอบเขตที่ต่างออกไป นั่นคือ วัสดุต้านสนามแม่เหล็ก ต่างจากวัสดุที่เป็นเฟอร์โรแมกเนติก ซึ่งอะตอมทั้งหมดจะเรียงตัวเป็นขั้วของมัน ในแอนติเฟอโรแมกเนติก ขั้วของอะตอมจะชี้ไปในทิศทางที่สลับกัน ถ้าอะตอมหนึ่งชี้ขึ้น เพื่อนบ้านชี้ลง เช่นเดียวกับ antiskyrmions skyrmion ที่ต้านสนามแม่เหล็กจะไม่หลุดออกจากมุมกับกระแสไฟฟ้า ดังนั้นควรจะควบคุมได้ง่ายกว่า Skyrmions ต้านสนามแม่เหล็กอาจเคลื่อนที่เร็วขึ้น Kläui กล่าว เว็บตรง
