Skyrmion

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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 exempo, a partir de um spin tridimensional hedgehog através de projeção estereográfica, pelo que o spin positivo do polo norte é mapeado na borda de um circulo 2d e o spin negativo do polo 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.

\left(\frac{SU(N)_L\times SU(N)_R}{SU(N)_\text{diag}}\right)

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

\pi_3\left(\frac{SU(N)_L\times SU(N)_R}{SU(N)_\text{diag}}\cong SU(N)\right)

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?". arΧiv:hep-ph/0202250arΧiv:hep-ph/0202250 [hep/ph]. 
  2. (1968) "Point Singularities in Micromagnetism". Journal of Applied Physics 39 (2): 1006. DOI:10.1063/1.1656144.
  3. (2001) "Skyrmions in a ferromagnetic Bose–Einstein condensate". Nature 411 (6840): 918–20. DOI:10.1038/35082010. PMID 11418849. Bibcode2001Natur.411..918A.
  4. Baskaran, G. (2011). "Possibility of Skyrmion Superconductivity in Doped Antiferromagnet K$_2$Fe$_4$Se$_5$". arΧiv:1108.3562arΧiv:1108.3562 [cond-mat.supr-con]. 
  5. (2011) "Chiral skyrmions in thin magnetic films: New objects for magnetic storage technologies?". Journal of Physics D: Applied Physics 44 (39). DOI:10.1088/0022-3727/44/39/392001. Bibcode2011JPhD...44M2001K.
  6. (2011) "Quasi-two-dimensional Skyrmion lattices in a chiral nematic liquid crystal". Nature Communications 2. DOI:10.1038/ncomms1250. PMID 21427717. Bibcode2011NatCo...2E.246F.
  7. (2011) "Spontaneous atomic-scale magnetic skyrmion lattice in two dimensions". Nature Physics 7 (9): 713–718. DOI:10.1038/NPHYS2045.
  8. (2013) "Writing and Deleting Single Magnetic Skyrmions". Science 341 (6146): 636–9. DOI:10.1126/science.1240573. PMID 23929977.