SKYRMION

 

SKYRMION

46B

Giải Nobel Vật lý năm 2016 được tặng cho David J. Thouless (University of Washington, Seattle, WA, USA) , F. Duncan M. Haldane (Princeton University, NJ, USA)  và  J. Michael Kosterlitz (Brown University, Providence, RI, USA) vì những  phát hiện ứng dụng  topo trong môi trường đông đặc.

Sự phát hiện của ba nhà vật lý trên được xem là một phát hiện quan trọng bậc nhất của thế kỷ 20. Trong tương lai những phát hiện này sẽ dẫn  đến những thành tựu vượt bậc về lý thuyết và công nghệ của lĩnh vực môi trường đông đặc và công nghệ vật liệu. 

Thế nào là skyrmion ?

Skyrmion là một hạt topo , xuất hiện khi có từ trường .

Trong vật lý skyrmion từ là những vòng xoáy (vortex) mô tả những á hạt (quasiparticle) được tiên đoán bằng lý thuyết và sau đó được quan sát bằng thực nghiệm trong những hệ môi trường đông đặc.

Skyrmion là một cấu hình spin có topo như topo của Mobius.Các spin hướng xuống phía dưới ở tâm và các spin hướng lên phía trên ở biên hoặc ngược lại. Hướng của các spin thay đổi liên tục từ tâm ra biên làm thành một vòng xoáy (hình 1).

   

                                Hình 1 .Bên trái là hình Mobius, bên phải là trường vector của skyrmion từ 2-chiều . Skyrmion có topo của Mobius

  Thường gặp 2 loại skyrmion ( HEDGEHOG=CON NHÍM các mũi tên đi theo chiều radial &  SPIRAL=các mũi tên đi theo những vòng spiral,xem hình 2)

  

                        Hình 2. Skyrmion2 chiều  hình nhím (a) và skyrmion xoáy(b)

Nếu trong hệ ta gặp một skyrmion thì skyrmion đó có thể mã hóa một bit (xem hình 3).

 

Hình 3 .Trên đường của một bộ nhớ từ sự vắng mặt hay có mặt của một skyrmion (màu đỏ) có thể mã hóa một bit.

Skyrmion là những á hạt, chúng không tồn tại nếu không có từ trường .

Trong cơ học cổ điển hạt được đặc trưng bởi khối lượng còn trong lý thuyết trường hạt là những kích thích (năng lượng và xung lượng cao hơn trạng thái phông ) của hàm sóng (giống như các dao động của một cái trống ).

Tác giả Skyrme (từ đó danh từ skyrmion) đưa vào lý thuyết những hạt topo skyrmion nghĩa là những hạt  đặc trưng bởi một số nguyên topo trong ý nghĩa là số này không thay đổi bởi những nhiễu loạn liên tục (không có cắt và dán).

Skyrmion được ứng dụng trong hệ Hall lượng tử, tinh thể lỏng , ngưng tụ Bose dưới dạng skyrmion từ (magnetic skyrmions). 

  

ỨNG DỤNG 

1  /   Người ta quan sát được skyrmion trong nhiều  tinh thể như 

MnSiMnSi [5] and Fe0.5Co0.5SiFe0.5Co0.5Si  . 

2  / Vật lý skyrmion rất hấp dẫn nhờ các tính chất topo của nó. Đứng về mặt công nghệ skyrmyon sẽ là cơ sở cho những thiết bị cần bộ nhớ, cần xử lý thông tin có kích thước nhỏ và tiêu thụ ít năng lượng (spintronics).

KẾT LUẬN 

Skyrmion nằm trong phạm trù lý thuyết sử dụng topo vào môi trường đông đặc của các tác giả  David J. Thouless , F. Duncan M. Haldane )  và  J. Michael Kosterlitz.

Chúng ta sẽ còn thấy nhiều hạt topo khác trên cơ sở lý thuyết của 3 tác giả trên. 

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Cao Chi , Những vấn đề mới trong Vật lý hiện đại (tập 4) , trang 173

[2] Naoto Nagaosa1 and Yoshinori Tokura1, Topological properties and dynamics of  magnetic skyrmions

REVIEW ARTICLE PUBLISHED ONLINE: 4 DECEMBER 2013 | DOI: 10.1038/NNANO.2013.243

[3] Christopher H. Marrows, Viewpoint: An Inside View of Magnetic Skyrmions