什么是Skyrmions?

1962年，托尼·斯凯姆(Tony Skyrme)发明了一个假想的物体，在这个物体中，磁场的矢量被扭曲和打结，从而导致自旋效应或壳内的放射性模式，这取决于所期望的结果，从而产生了一个像粒子一样的3D物体。拓扑，或用来描述物体形状和属性的数学，被认为是不平凡的，也就是难以描述。

关键是周围的磁场仍然是均匀的，只有尽可能小的区域受到了影响。它以他的名字命名为斯格米子，多年来，它们只是发现亚原子粒子相互作用特性的有用工具，但当时没有发现它们实际存在的证据。但随着时间的推移，人们发现了它们存在的迹象(马斯特森，王)

从理论到证实

2018年，来自阿默斯特学院和芬兰阿尔托大学的科学家们使用“超冷量子气体”制造了一种斯格米子。玻色-爱因斯坦凝聚体形成的条件是合适的，这是一种原子达到的相干性，使系统成为一个整体。从这里开始，他们选择性地改变了一些原子的自旋，使它们指向外加磁场。

当电场在相反的方向被激活时，没有电荷存在，自旋改变的原子开始移动并形成一个绕轨道运行的粒子结，这是一个“联锁环系统”-一个斯格米子-大小约为700-2000纳米。其中的磁力线开始以封闭的因果关系联系在一起，以复杂的方式联系在一起，这些轨道上的粒子沿着轨道以螺旋状旋转。有趣的是，它的运作方式似乎很像球状闪电。是有联系还是只是偶然?很难想象在室温，宏观水平的环境中会有这样的量子过程，但也许会一些可能存在相似之处(Masterson, Lee, Rafi, Wang)。

Skyrmions需要磁场来运行，所以自然磁场是发现它们的理想场所。科学家们观察到的自旋纹理与skyrmions相关的模式相匹配，这取决于情况的拓扑结构。来自MLZ的科学家研究了铁_{1 - x}有限公司_xSi (x=0.5)，一个helimagnet，看到“拓扑稳定性和相位转换”的天体粒子崩溃时，材料转变回helimagnet。这是因为磁铁含有斯格米子晶格，这种晶格本质上是晶体，因此相当规则。研究小组使用磁力显微镜以及小角度中子散射来绘制晶格中skyrmions的衰变。利用这些细节，他们能够见证磁场减少时磁铁中的晶格形式，捕捉到可以帮助科学家运行衰变模型的详细图像(Milde)。

潜在的内存存储

skyrmions的疯狂打结效果似乎没有任何应用，但你可能没有遇到一些有创造力的科学家。一个这样的想法是内存存储，这实际上只是在电子设备中设置磁值的操作。使用skyrmions，只需要少量的电流来加速粒子，使其成为低功耗的选择。

但如果skyrmions以这种方式使用，我们需要它们彼此近距离存在。如果每一个方向都稍有不同，就会减少它们相互作用的机会，从而使相反的场保持彼此的距离。赵学兵和他的团队“使用洛伦兹透射电子显微镜”观察了FeGe纳米圆盘内的skyrmion簇，看看它们是如何运作的。在低温(接近100 K)下形成的星团是三个星团，随着整体磁场的增加，它们靠得更近。最终，磁场太大了，其中两个星粒相互抵消，最后一个星粒无法维持自己，所以崩溃了。

随着温度升高(接近220 K)，情况确实发生了变化，出现了6。然后随着磁场的增加，它变成了5，因为中心的斯格米子消失了(留下一个五边形)。进一步减少数字到4(一个正方形)，3(一个三角形)，2(一个双钟)，然后1。有趣的是，孤独的星团并没有被固定在前一个星团的中心，这可能是因为材料上的缺陷。根据读数，发现了一个比较这些磁性物体的场强与温度的H-T相图，在原理上类似于物质相变图(Zhao, Kieselev)。

记忆存储的另一个可能的方向是skyrmion包，它可以被最好地描述为雏鸟skyrmion娃娃。我们可以有一组skyrmions，这些skyrmions在一起就像单个的一样，为我们创建一个新的拓扑结构。大卫·福斯特和他的团队的工作表明，只要对场的正确操作以及存在足够的能量，就可以将skyrmions扩展到其他skyrmions中，不同的配置是可能的一些移动时其他人(培养)。

我知道这听起来很疯狂，但这不是最好的科学想法的方式吗?

作品的引用

福斯特，大卫等人。“二维材料的复合Skyrmion包。”arXiv: 1806.0257 v1。

Kieselev, N.S.等人。“磁性薄膜中的手性星粒:磁存储技术的新对象?”arXiv: 1102.276 v1。

Lee, Wonjae等。"三维星子中的合成电磁结"科学。2018年3月5日。

马斯特森,安德鲁。“量子尺度上的球状闪电。”Cosmosmagazine.com．《宇宙》，2018年3月6日。2019年1月10日。

米尔德，P.等。磁单极子对斯格米子晶格的拓扑展开Mlz-garching.de．MLZ。2019年1月10日。

拉菲,Letzer。“‘斯克米恩’可能已经解开了球状闪电之谜。”Livescience.com．Purch Ltd.， 2018年3月6日。2019年1月10日。

Wang X.S.“关于星子大小的理论。”Nature.com．施普林格自然，2018年7月4日。2019年1月11日。

Wong S.M.H.“斯克米恩到底是什么?”arXiv: hep-ph / 0202250 v2。

Zhao, Xuebing等，“FeGe纳米盘中skyrmion簇态的磁场驱动跃迁的直接成像。”Pnas.org．美国国家科学院，2016年4月5日。2019年1月10日。

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©2019莱昂纳德·凯利