Группе ученых-физиков из Нью-Йоркского университета, Стэнфордского университета и Национальной лаборатории линейных ускорителей SLAC впервые в истории науки удалось запечатлеть процессы формирования и распространения так называемых магнитных солитонов. Солитоны представляются собой «уединенные» волны, распространяющиеся в среде с нелинейными характеристиками, из-за чего их поведение во многом соответствует поведению частиц. Эти «частицеподобные магнитные волны» были описаны в теории в 1970-х годах, но до последнего времени людям не было известно ни одного факта, подтверждающего их существование.

Магнитные солитоны, как следует из их названия, формируются в материалах, обладающих магнитными свойствами. Это происходит из-за неустойчивого баланса магнитных сил и эти волны, подобно волнам на поверхности воды, могут усиливаться, превращаясь в цунами. Как уже упоминалось выше, солитоны проявляют некоторые свойства, которые делают их похожими на частицы, однако, в отличие от последних, сталкиваясь и взаимодействуя друг с другом или другими возмущениями, солитоны продолжают движение, не изменяя своей структуры.

Именно последнее свойство солитонов служит причиной повышенного внимании к ним со стороны ученых, которые видят в солитонах возможность реализации технологий передачи информации на большие расстояния, не подверженных помехам и искажениям.

Более того, передача информации при помощи солитонов будет требовать гораздо меньше энергии, нежели передача традиционным способом, при помощи движения носителей электрического заряда. Поскольку солитоны являются сверхстабильными образованиями, они перемещаются в пределах среды, практически не встречая сопротивления. В отличие от этого электроны, потоки которых используются в качестве носителей информации, при движении теряют часть энергии, которая превращается в тепло. Поэтому передача данных традиционным электронным методом и требует дополнительных затрат энергии, превращая чипы современных микропроцессоров в достаточно горячие «печки», требующие интенсивного охлаждения.

Ученые сделали открытие, используя рентгеновскую микроскопию при помощи источника рентгеновского излучения Stanford Synchrotron Radiation Lightsource.

Полученные учеными данные продемонстрировали процессы возникновения магнитных волн с крутым фронтом, имеющих пространственную структуру, полностью соответствующей структуре уединенных магнитных волн, магнитных солитонов, которые до этого существовали только в теории.

Рис. 1.

«Это открытие является захватывающим из-за того, что оно демонстрирует как маленькие магнитные волны, известные под названием спин-волн, могут объединяться, формируя одну большую волну, которая сохраняет свою форму и другие параметры неизменными во время ее распространения в среде материала» – рассказывает Эндрю Кент (Andrew Kent), профессор физики из Нью-Йоркского университета.

«Магнетизм используется людьми уже в течение многих лет для навигации, для создания электрогенераторов, двигателей, устройств хранения данных и многого другого» – рассказывает Хендрик Охлдэг (Hendrik Ohldag), ученый из лаборатории Stanford Synchrotron Radiation Laboratory (SSRL), в стенах которой был обнаружен магнитный солитон, – «Однако, во всех этих технологиях использовались только однородные и статичные магнитные эффекты. Но если мы хотим раздвинуть пределы использования магнетизма, нам необходимо двигаться в сторону динамичных магнитных эффектов и явлений, представителем которых является магнитный солитон. И лишь только в последнее время ученые получили в свое распоряжение технологии и инструменты, позволяющие обнаружить и изучить эти явления, что позволит в будущем использовать эти явления на благо всего человечества».