Teadlastel õnnestus valmistada 35 aastat tagasi ette kuulutatud magnetiline soliton.
Soliton on jääva kuju ja liikumishulgaga lainepakett, mida kasutatakse näiteks info edastamisel ning spinn-elektroonika arendustöös. Nähtust kirjeldas esmakordselt 1834. aastal John Scott Russell, kes jälgis solitoni liikumist Šotimaal Union nimelises veekanalis (kanalis liikuva solitoni näide siin). Tilk-solitone (droplet soliton) ei ole varem magnetilises keskkonnas suudetud tekitada.
Soliton mererannas. Allikas: portlandart.net
Tilk-solitoni kuju ennustava matemaatilise mudeli kirjutas North Carolina Osarigi ülikooli matemaatik Mark Hoefer. Mudeli kehtivust näitasid katseliselt Rootsi Kuningliku Tehnikakõrgkooli füüsik Johan Åkerman ning Gothenburgi ülikooli füüsikadoktorant Majid Mohseni, millest innustununa asuti magnetilist tilk-solitoni (magnetic droplet soliton) otsima.
Magnetismi põhjustab laias laastus kaks füüsikalist nähtust: elektrivool ning mikroosakeste seesmine impulsimoment. Elektronid pole erandid, neilgi on impulsimoment ehk spinn, mida võib kaudselt vurriga lähendada. Spinn hoiab elektronvurri püsti ning üritab säilitada pöörlemistelje sihti. Seega on püsimagneti elektronid otsekui ühes sihis joondunud vurrid, mis annavad summaarse, näiteks külmkapimagneti magnetvälja. Sellest teadmisest aga Åkermani tööks ei piisanud: ta juhtis püsimagnetisse elektrivoolu.
Alalispinge juhtis magnetisse elektrone ning tõstis süsteemi energiat. Magneti voolukanali läheduse elektronide spinn hakkas seetõttu pretsesseerima nagu hoogu kaotav vurr: see aga põhjustaski solitoni.
Soliton tuvastati kaudselt pretsessiooni mõõtmisega. Solitonil on unikaalne sagedussignatuur, mis avaldub selge langusena pöörlemissageduses ning suure väljundvõimsuse kasvuna.
„Magnetilised tilk-solitonid on dissipatiivsed, sest magnetid hajutavad pretsessiooni energiat,“ ütles Hoefer. „Pöörlemise stabiilsus säilub süsteemi lisatava ja süsteemist väljuva energia tasakaalustumisel. Lisaks toimub võnkumise amplituudi dispersioon.“
Lisaks põhilisele avastusele vaatles töörühm ka uut tüüpi solitoni omadusi. Muuhulgas täheldati võnkumisest tingitud magneti perioodilist deformeerumist ehk hingamist.
Teadlaste töö avaldatakse ajakirjas Science.
„Solitonid on ideaalsed informatsioonivahendajad. Nende avastamine magnetilises süsteemis võib päädida suure panusega spinn-elektroonika arengusse. Saame luua uusi infotöötlusmeetodeid ning kõrgema andmetihedusega kõvakettaid,“ lõpetas Hoefer.
Allikas: Phys.org