可以用激光控制暴風雨嗎？

【博科園-科學科普（關注「博科園」看更多）】EPFL的科學家們利用激光脈衝產生了可控制的穩定Skyrmions，朝著更節能的記憶裝置邁進了一步。這項工作發表在《物理評論快報》上。skyrmion是電子自旋的集合，在某些磁性材料中看起來像一個漩渦。Skyrmions可以單獨存在，也可以存在於稱為格的模式中。以英國物理學家Tony Skyrme的名字命名，他在1962年首次提出了他們的元素粒子的存在，而skyrmions則因其在所謂的「自旋電子」裝置中發揮的潛力而備受關注，這種裝置將使用自旋而非電子的電荷，因而變得更加小型化和節能。

圖片版權：CC0 Public Domain

大多數的興趣都集中在內存存儲技術上。Skyrmions可以相當穩定，需要很少的能量來寫或擦除它們：一些研究表明，創建和消滅Skyrmions比傳統的數據存儲設備更節能1萬倍。然而這需要一種快速和可靠的方式來控制和操縱單個的skyrmions。實驗室法癰和亨利克·m·Rnnow EPFL能夠編寫和消除穩定skyrmions使用激光脈衝。科學家們使用的是一種鐵鍺合金，它可以在大約0攝氏度的溫度下容納skyrmions，而不是遠離室溫。這一點很重要，因為許多基礎實驗都是在溫度過低的情況下進行的，這在商業上是有意義的。研究人員利用超短激光脈衝對其自身產生的超冷效應進行了研究。在超級冷卻過程中，skyrmions可以在不發生在傳統平衡條件下的地方凍死。

利用時間分辨的低溫洛侖茲電子顯微鏡對形成的天龍進行了成像，可以在真實空間和實時中「看到」磁疇結構和磁化反轉機制。這項技術是靜態低溫電子顯微鏡的進化，雅克·杜波切特在2017年獲得了諾貝爾化學獎。我們所做的是將激光脈衝應用到合金上，而它被保存在一個溫度和外部磁場中，通常不會出現天龍的出現。在每一道閃光中，都可以看到個別的天龍出現在樣品的邊緣附近。此外一旦建立了skyrmions，通過調整參數，使其接近於擁有skyrmions和不再擁有它們之間的過渡，激光脈衝可以通過局部加熱誘導的退磁來消除它們。研究人員能夠在幾百納秒到幾微秒的時間內，在合金上書寫和抹去skyrmions。然而研究結果也表明，為了更快地控制skyrmions，可以採用超冷速率的方法，將其降低到picoseconds。

操縱skyrmions的能量障礙可能非常小，這意味著，如果這是一種記憶存儲裝置，我們的實驗估計的能量消耗，在這種情況下，光的性質還沒有被調整，以優化這個參數，這是在飛焦耳(焦耳的千分之一)的區域，已經可以與最節能的原型相媲美了。儘管這是一項原則性的研究，但研究者們還是無法抗拒對應用程序的思考。我們實際上計算了它所需要的能量，在我們的實驗中沒有任何優化。發現它已經達到了目前最不耗能的數據存儲設備的水平。如果將其應用到設備中，這將意味著你的筆記本電腦的電池將會持續一個月左右，然後才需要充電。

知識：科學無國界，博科園-科學科普

參考：物理評論快報

內容：經「博科園」判定符合今主流科學

來自：洛桑聯邦理工學院

編譯：光量子

審校：博科園

解答：本文知識疑問可於評論區留言

傳播：博科園

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