Кіріспе
Сызықтық емес сигма модельдеріндегі топологиялық шешімдердің түрлері
бөлшектер физикасындағы модель
Бөлшектер теориясында скирмион (/s/k/ɜr/m/i/./ɒ/n/) – сызықтық емес сигма модельдерінің белгілі бір класындағы топологиялық тұрақты өріс конфигурациясы. Ол 1961 жылы Тони Скайрм ядроның моделі ретінде ұсынған (оның атымен аталған). Пиондық өрістегі топологиялық солитон ретінде ол ядро радиусын белгілеу арқылы ядроның көптеген төмен энергиялы қасиеттерін жеткілікті дәлдікпен модельдей алады. Кейін ол қатты дене физикасында қолданылды және струна теориясының кейбір салаларымен байланысты. Скирмиондар топологиялық нысандар ретінде қатты дене физикасында, әсіресе спинтрониканың дамып келе жатқан технологиясында маңызды. Топологиялық нысан ретінде екі өлшемді магниттік скирмион, мысалы, 3D тиімді спин "ежегінен" (микромагнетизм саласында: +1 гомотопия дәрежесі бар "Блох нүктесі" сингулярлығынан) стереографиялық проекция арқылы қалыптасады, онда оң солтүстік полюстік спин 2D дискінің алыс шеңберіне, ал теріс оңтүстік полюстік спин дискінің ортасына бейнеленеді. Фотоникалық немесе поляритондық сұйықтықтар сияқты спинорлық өрісте скирмиондық топология толық Пуанкаре сәулесіне (Пуанкаре сферасының нақты жазықтыққа стереографиялық проекциясы арқылы бейнеленген барлық поляризациялық күйлерді қамтитын спин вортексі) сәйкес келеді. Динамикалық псевдоспиндік скирмион динамикалық толық Блох сәулелері жағдайында айналатын поляритондық Блох сферасының стереографиялық проекциясынан туындайды. Скирмиондар Бозе-Эйнштейн конденсаттарында, жұқа магниттік пленкаларда, хиральды нематикалық сұйық кристалдарда және бос кеңістіктегі оптикада кездесетіні туралы хабарламалар бар, бірақ бұл әлі толыққанды дәлелденбеген. Ядроның моделі ретінде скирмионның топологиялық тұрақтылығы бариондық санды сақтау туралы мәлімдеме ретінде қарастырылуы мүмкін; яғни протон ыдырамайды. Скайрм Лагранжианы ядроның бір параметрлік моделі болып табылады. Параметрді бекіту протон радиусын бекітеді және басқа төмен энергиялы қасиеттердің барлығын да бекітеді, олар шамамен 30% дәлдікпен сәйкес келеді. Модельдің осы болжау күші оны ядроның моделі ретінде өте тартымды етеді. Қуыс скирмиондар ядроның хиральдық қап моделінің (Чешир мысығы моделі) негізін құрайды. Дэн Фрид сызықтық емес сигма модельдерінің фермиондық спектрі мен топологиялық орау саны арасындағы дуалдықтың нақты нәтижелерін алды. Бұл ядроның кванттық хромодинамикалық (QCD) сипаттамасы (бірақ тек кварктардан, глюондарсыз) мен ядроның Скайрм моделі арасындағы дуалдықтың негізі ретінде түсіндірілуі мүмкін. Скирмионды бариондар мен резонанстық күйлердің кванттық суперпозициясын құру үшін кванттық түрде өлшеуге болады. Оны ядролық материяның кейбір қасиеттерінен болжауға болады.
the model in particle physics
In particle theory, the skyrmion ('/s//k//ɜr//m//i//.//ɒ//n/) is a topologically stable field configuration of a certain class of non linear sigma models. It was originally proposed as a model of the nucleon by (and named after) Tony Skyrme in 1961. As a topological soliton in the pion field, it has the remarkable property of being able to model, with reasonable accuracy, multiple low energy properties of the nucleon, simply by fixing the nucleon radius. It has since found application in solid state physics, as well as having ties to certain areas of string theory. Skyrmions as topological objects are important in solid state physics, especially in the emerging technology of spintronics. A two dimensional magnetic skyrmion, as a topological object, is formed, e. g., from a 3D effective spin "hedgehog" (in the field of micromagnetics: out of a so called "Bloch point" singularity of homotopy degree +1) by a stereographic projection, whereby the positive north pole spin is mapped onto a far off edge circle of a 2D disk, while the negative south pole spin is mapped onto the center of the disk. In a spinor field such as for example photonic or polariton fluids the skyrmion topology corresponds to a full Poincaré beam (a spin vortex comprising all the states of polarization mapped by a stereographic projection of the Poincaré sphere to the real plane). A dynamical pseudospin skyrmion results from the stereographic projection of a rotating polariton Bloch sphere in the case of dynamical full Bloch beams. Skyrmions have been reported, but not conclusively proven, to be in Bose–Einstein condensates, thin magnetic films and in chiral nematic liquid crystals and in free space optics. As a model of the nucleon, the topological stability of the skyrmion can be interpreted as a statement that the baryon number is conserved; i. e. that the proton does not decay. The Skyrme Lagrangian is essentially a one parameter model of the nucleon. Fixing the parameter fixes the proton radius, and also fixes all other low energy properties, which appear to be correct to about 30%. It is this predictive power of the model that makes it so appealing as a model of the nucleon. Hollowed out skyrmions form the basis for the chiral bag model (Cheshire Cat model) of the nucleon. The exact results for the duality between the fermion spectrum and the topological winding number of the non linear sigma model have been obtained by Dan Freed. This can be interpreted as a foundation for the duality between a quantum chromodynamics (QCD) description of the nucleon (but consisting only of quarks, and without gluons) and the Skyrme model for the nucleon. The skyrmion can be quantized to form a quantum superposition of baryons and resonance states. It could be predicted from some nuclear matter properties.
Магниттік материалдар/деректерді сақтау
Скирмиондардың бір ерекше түрі – магниттік скирмиондар, олар Дзялошинский-Мория өзара әрекеттесуі, қос алмасу механизмі немесе бәсекелесетін Гейзенберг алмасуы салдарынан спиральді магнетизмді көрсететін магниттік материалдарда кездеседі. Олар 1 нм-ға дейін кіші "домендерді" құрайды (мысалы, Ir(111) бетіндегі Fe). Магниттік скирмиондардың кіші өлшемділігі және төмен энергия тұтынуы оларды болашақ дерек сақтау шешімдері және басқа спинтроникалық құрылғылар үшін перспективті кандидаттерге айналдырады. Зерттеушілер скирмиондарды сканирлеуші туннельдік микроскопия арқылы оқи және жаза алады. Скирмиондардың болуын немесе болмауын көрсететін топологиялық заряд "1" және "0" биттерінің күйін білдіруі мүмкін. Бөлме температурасында скирмиондардың табылуы туралы хабарланған. Скирмиондар дәстүрлі магниттік құрылғыларға қарағанда бірнеше есе төмен ток тығыздығында жұмыс істейді. 2015 жылы қоршаған ортаның бөлме температурасы жағдайында магниттік скирмиондарды жасау және оларға қол жеткізудің практикалық әдісі жарияланды. Бұл құрылғыда кобальт пен палладийдің жұқа пленкасының үстіндегі жасанды Блох скирмиондық торлар ретінде магниттелген кобальт дискілерінің массивтері қолданылды. Асимметриялық магниттік нанобөлшектер перпендикуляр магниттік анизотропиясы (PMA) бар төменгі қабатқа бақыланатын дөңгелек пішінде орналастырылды. Полярлық белгілі бір магниттік өріс тізбегімен басқарылады және магнитометриялық өлшеулермен расталды. Вортекс құрылымы төменгі қабаттың интерфейстік аймағына, PMA-ны шекті иондық сәулелендіру арқылы басу арқылы енгізіледі. Торлар поляризацияланған нейтрондық рефлектометрия арқылы анықталады және магниттік кедеріс өлшеулерімен расталады. Жақында (2019) жүргізілген зерттеулер скирмиондарды электр өрісін пайдалану арқылы (электр тогы болмаған жағдайда) жылжытудың бір жолын көрсетті. Авторлар қалыңдығы бойынша өзгешеліктері бар Co/Ni көп қабатты құрылымдарын және Дзялошинский-Мория өзара әрекеттесуін пайдаланып, скирмиондарды көрсетті. Олар орын ауыстыру мен жылдамдықтың қолданылатын кернеуге тікелей байланысты екенін көрсетті. 2020 жылы Швейцарияның Материалдар ғылымы және технологиясы жөніндегі федералдық зертханаларының (Empa) ғалымдары тобы бөлме температурасында екі түрлі скирмион – болашақ "0" және "1" биттерінің – қатар өмір сүре алатын реттелетін көп қабатты жүйені жасауға алғаш рет қол жеткізді.