Учените за първи път видяха хопфиони в обичайните материали – това ще даде нова посока в електрониката на бъдещето

Международен екип от физици за първи път наблюдава обемн на спинови вихри в обичайните материали, което ще помогне за издигането на електрониката на ново ниво. Става дума за структури като солитоните на Хопф или хопфиони (hopfions). Това е устойчива вихроподобна структура на полето, която може да се счита за квазичастица, с която може да се работи — създаване на базирана на нея памет, кубити и логически елементи на невроморфни процесори.

Хопфионите могат да се считат за триизмерен аналог на скирмионите: топологичните структури в плоско 2D-изпълнение са открити отдавна. Хопфионите станаха известни на науката само под формата на решения на сложни уравнения, докато на практика те, в най-простия случай, биха приличали на франзела в обема на материала. Въпреки това, хопфионите могат да се наблюдават в специално синтезирани материали, но в по-често срещаните все още не.

Съвместен екип от учени от Швеция, САЩ и Китай успя да постигне устойчиво образуване на хопфиони в дебелината на пластини от желязо и германий. „Нашите резултати са важни както от фундаментална, така и от приложна гледна точка, тъй като се появи нов мост между експерименталната физика и абстрактната математическа теория, което може да доведе до там, че хопфионите да намерят приложения в спинтрониката“ — каза водещият автор на изследването Филип Рибаков, научен сътрудник във факултета по физика и астрономия от упсалския университет (Швеция).

По-задълбоченото разбиране на това как функционират различните компоненти на материалите е важно за разработването на иновативни материали и технологии на бъдещето. Например, областта на спинтрониката, която изучава въртенето на електроните, предлага обещаващи възможности за комбиниране на електрическите и магнитните свойства на електроните за приложения като нова електроника, включително логика и памет. Ярък пример за това е разработката на трекова памет, предложена от компанията IBM преди около десет години.

„Тъй като обектът е нов и много от неговите интересни свойства все още не са открити, е трудно да се правят прогнози относно специфичните му приложения в спинтрониката. Въпреки това може да се предположи, че хопфионите ще представляват най-голям интерес по време на прехода към третото измерение на почти всички технологии, разработени на базата на магнитни скирмиони: трек памет, невроморфно изчисление, кубити (основната единица на квантовата информация). В сравнение със скирмионите, хопфионите имат допълнителна степен на свобода, поради своята триизмерност и следователно могат да се движат не в две, а в три измерения“ — обяснява Рибаков.