Skyrmion

Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre.
Ir para: navegação, pesquisa

Na física de partículas, skyrmion é uma partícula hipotética relacionada originalmente aos bárions[nota 1]. Foi descrita por Tony Skyrme e consiste de uma sobreposição quântica de bárions e estados de ressonância.[1] Skyrmions como objetos topológicos também são importantes na física do estado sólido, especialmente na tecnologia emergente de spintrônica. Um skyrmion bidimensional, como objeto topológico é formado, por exemplo, a partir de um spin tridimensional hedgehog através de projeção estereográfica, pelo que o spin positivo do pólo norte é mapeado na borda de um circulo 2d e o spin negativo do pólo sul é mapeado no centro do circulo.

Definição matemática[editar | editar código-fonte]

Na teoria de campos, skyrmions são homotipicamente resoluções clássicas não triviais de um modelo sigma não linear com uma topologia de alvo variado não trivial-portanto, eles são sólitons topológicos. Um exemplo ocorre em modelos quirais[nota 2] de mésons, onde os alvos variados são um espaço homogêneo do grupo estrutural.

onde SU(N)L e SU(N)R são partes direitas e esquerdas da matriz SU(N), e SU(N)diag é o subgrupo diagonal. Se o espaço-tempo tem a topologia de S3×R então configurações clássicas podem ser classificadas por um índice [2], por que o terceiro grupo homotópico

é equivalente ao anel dos inteiros, com o sinal de congruência referindo ao homeomorfismo. Um termo topológico pode ser adicionado ao quiral langrangiano, cujo integrante depende apenas da classe homotópica; isso resulta em setores de superseleção em um modo quantizado. Um skyrmion pode ser aproximado de um sóliton da equação de Sine-Gordon; após a quantização de Bethe ansatz, ele se transforma em um férmion interagindo de acordo com o modelo Thirring massivo. Skyrmions tem sido reportados , mas não comprovados conclusivamente, de estar em condesados de Bose-Einstein,[3] supercondutores,[4] filmes magnéticos finos, [5] e também cristais líquidos nemáticos e quirais.[6]

Skyrmions na tecnologia emergente[editar | editar código-fonte]

Uma forma particular de skyrmions é achada em materiais magnéticos que quebram a inversão de simetria e onde a interação de Dzyaloshinskii-Moriya desempenha um papel importante. Eles formam domínios tão pequenos como 1nm.[7] O tamanho pequeno de skyrmions magnéticos fazem deles bons candidatos para futuras formas de armazenamento de dados. Físicos da Universidade de Hamburgo conseguiram ler e escrever em skyrmions usando tunelamento microscópico. [8] A carga topológica, representando a existência e a não-existência de skyrmions, pode representar os estados de bit "0" e "1".

Notas

  1. Em modelos mais recentes elas também estão relacionadas a mésons
  2. Modelos quirais salientam a diferença entre quiralidades canhotas e destras

Referências

  1. Wong, Stephen (2002). «What exactly is a Skyrmion?». arXiv:hep-ph/0202250 [hep/ph]. 
  2. Döring, W. (1968). «Point Singularities in Micromagnetism». Journal of Applied Physics [S.l.: s.n.] 39 (2): 1006. doi:10.1063/1.1656144. 
  3. Al Khawaja, Usama; Stoof, Henk (2001). «Skyrmions in a ferromagnetic Bose–Einstein condensate». Nature [S.l.: s.n.] 411 (6840): 918–20. Bibcode:2001Natur.411..918A. doi:10.1038/35082010. PMID 11418849. 
  4. Baskaran, G. (2011). «Possibility of Skyrmion Superconductivity in Doped Antiferromagnet K$_2$Fe$_4$Se$_5$». arXiv:1108.3562 [cond-mat.supr-con]. 
  5. Kiselev, N. S.; Bogdanov, A. N.; Schäfer, R.; Rößler, U. K. (2011). «Chiral skyrmions in thin magnetic films: New objects for magnetic storage technologies?». Journal of Physics D: Applied Physics [S.l.: s.n.] 44 (39): 392001. arXiv:1102.2726. Bibcode:2011JPhD...44M2001K. doi:10.1088/0022-3727/44/39/392001. 
  6. Fukuda, J.-I.; Žumer, S. (2011). «Quasi-two-dimensional Skyrmion lattices in a chiral nematic liquid crystal». Nature Communications [S.l.: s.n.] 2: 246. Bibcode:2011NatCo...2E.246F. doi:10.1038/ncomms1250. PMID 21427717. 
  7. Heinze, Stefan; Von Bergmann, Kirsten; Menzel, Matthias; Brede, Jens; Kubetzka, André; Wiesendanger, Roland; Bihlmayer, Gustav; Blügel, Stefan (2011). «Spontaneous atomic-scale magnetic skyrmion lattice in two dimensions». Nature Physics [S.l.: s.n.] 7 (9): 713–718. doi:10.1038/NPHYS2045. Resumo divulgativo (Jul. 31, 2011). 
  8. Romming, N.; Hanneken, C.; Menzel, M.; Bickel, J. E.; Wolter, B.; Von Bergmann, K.; Kubetzka, A.; Wiesendanger, R. (2013). «Writing and Deleting Single Magnetic Skyrmions». Science [S.l.: s.n.] 341 (6146): 636–9. doi:10.1126/science.1240573. PMID 23929977. Resumo divulgativophys.org (Aug 08, 2013).