Магнитный монополь, физическая частица, описанная в теории почти 80 лет назад, может стать основой для реализации новых высокоэффективных устройств хранения данных. Ученые из Технического университета Мюнхена (Technische Universitaet Muenchen, TUM), Технического университета Дрездена (Technische Universitaet Dresden) и Кельнского университета (University of Cologne) нашли, что при использовании комбинации магнитных монополей с завихрениями магнитного поля, называемыми скирмионами (skyrmion), информация может быть записана, считана и стерта с поверхности носителя достаточно простыми способами.

Все из нас наверняка видели, как железные опилки, насыпанные на листок бумаги, показывают нам линии магнитного поля, вырабатываемое постоянным магнитом, имеющим два полюса. И даже если такой магнит расколоть в любом месте, то у каждого из обломков образуется своя собственная пара полюсов. Однако, в начале 1930-х годов физик Пол Дирак (Paul A. M. Dirac) описал магнитный монополь, гипотетическую частицу, которая является магнитным аналогом электрона, частицу, обладающую только одним полюсом и несущую только один вид элементарного магнитного заряда.

Наличие магнитных монополей на поверхности какого-либо материала приводит к образованию магнитных вихрей, скирмионов. Именно поиском и изучением магнитных скирмионов занимались ученые TUM, возглавляемые профессором Кристианом Пфлеидерером (Prof. Christian Pfleiderer), которые работали совместно с группой профессора Лукаша Энга (Prof. Lukas Eng) из Дрезденского университета, в распоряжении которой находится магнитно-силовой микроскоп. Когда ученые начали изучать поверхности различных материалов с помощью микроскопа, им удалось впервые вживую наблюдать магнитные вихри. Более того, они обнаружили, что скирмионы, граничащие друг с другом, сливаются в единое целое, образуя магнитные поля весьма сложной конфигурации.

Компьютерное моделирование, проведенное группой профессора Ачима Роша (Prof. Achim Rosch) из Кельнского университета, вместе с результатами исследований, проведенных с помощью источника нейтронов FRM II, который находится в университете TUM, показали, что магнитные монополи работали как застежка-молния, соединяя все магнитные вихри в единое поле.

Эти магнитные вихри, магнитные "водовороты", образующиеся вокруг магнитных монополей, могут служить в качестве чрезвычайно компактных и чрезвычайно долговечных носителей информации. Область, хранящая один бит данных на современных жестких дисках, состоит, по крайней мере, из тысячи атомов магнитного вещества, в отличие от этого каждый скирмион формируется магнитным монополем, состоящем всего из 15 атомов, что позволит получить чрезвычайно высокое значение показателя плотности записи информации.

Кроме всего вышесказанного, для перемещения монополя и скирмиона требуется приблизительно в 100 тысяч раз меньшая энергии, чем энергия, требующаяся для изменения магнитного момента атомов в современных устройствах магнитной записи и хранения информации. И еще одним важным преимуществом скирмионов является их высокая стабильность и малая восприимчивость к некоторым внешним воздействиям, к примеру, к высокой температуре.

Магнитно-вихревые структуры были впервые обнаружены в 2009 году в ходе экспериментов по рассеиванию нейтронов а поверхности сплава кремния-марганца, которые проводились с помощью источника нейтронов FRM II командами профессоров Кристиана Пфлеидерера и Ачима Роша. С того момента времени эта область исследований привлекла к себе повышенный интерес, благодаря чему учеными из всего мира были сделаны значительные успехи в этом направлении.

"Первые эксперименты по изучению магнитных монополей и завихрений проводились только при чрезвычайно низких температурах. Теперь мы знаем, что существуют материалы, на поверхности которых скирмионы существуют и при комнатной температуре" - рассказывает Кристиан Пфлеидерер, профессор в области магнитных Материалов в Техническом университете Мюнхена, - "Благодаря наличию магнитно-силового микроскопа у нас сейчас имеется возможность наблюдать за скирмионами, изучать их свойства и поведение как по отдельности, так и в составе сложных систем. Это является решающим шагом на пути создания реальных технологий магнитной записи и хранения информации следующего поколения".