Skyrmion

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Als Skyrmion (nach Tony Skyrme) wird in der theoretischen Physik ein Modell aus dem Bereich der Topologie für stabile Wirbel in Feldern bezeichnet. Diese Wirbel verhalten sich wie Teilchen bzw. Quasiteilchen endlicher Masse.[1] Aus mathematischen Erfordernissen ist das Modell explizit nichtlinear.[2]

Das Modell ist hochmathematisch. Es entstand ursprünglich in der Hochenergiephysik. Inzwischen gibt es aber festkörperphysikalische Anwendungen, die das Modell für die Informationstechnologie interessant machen.

Das Skyrmionen-Modell modelliert Fermionen (Nukleonen) als spezielle Solitonen des Feldes, wobei es von Bosonenfeldern ausgeht (einem nichtlinearen klassischen Feld, welches den Austausch-Mesonen der Kernwechselwirkung entspricht).[3][4][5][6] Es wurde besonders Anfang der 1980er Jahre mit den Arbeiten von Edward Witten und verschiedenen Bag-Modellen populär (siehe auch Kenneth A. Johnson) und wurde u. a. im Zusammenhang mit dem Quanten-Hall-Effekt in zweidimensionalen Elektronengasen diskutiert; derzeit wird es auch an Oberflächen und Grenzflächen magnetischer Systeme untersucht.[7][8]

Anfang 2009 konnte an der TU München von Sebastian Mühlbauer, Christian Pfleiderer, Peter Böni, dem Theoretiker Achim Rosch (Universität zu Köln) und anderen erstmals ein Skyrmionengitter in einem magnetischen Festkörper (Mangansilizium bei -245 °C und in einem Magnetfeld von 0,2 Tesla) direkt nachgewiesen werden.[9] Eine im September 2010 eingereichte und im Juli 2011 veröffentlichte Publikation einer Forschergruppe der Universitäten Kiel und Hamburg sowie des Forschungszentrums Jülich beschreibt den ersten Nachweis von Skyrmionen ohne externes Magnetfeld.[10][11] 2013 gelang es Forschern der Universität Hamburg, Skyrmionen gezielt auf einer Oberfläche zu erzeugen und zu löschen.[12] Das legt Anwendungen auf dem Gebiet der Informationstechnologie nahe.

Weblinks[Bearbeiten]

Einzelnachweise und Fußnoten[Bearbeiten]

  1. Spektrum der Wissenschaft April 2009, S.11, Feldknoten als Teilchen
  2. Ein 2d-Skyrmion entsteht z. B. aus einem 3d-Spin-„Igel“ (im Magnetismus: aus einem „Bloch-Punkt“ der Überlagerungszahl +1) durch stereographische Projektion, wobei der nach oben gerichtete Nordpol-Spin auf einen weit entfernten Randkreis und der nach unten gerichtete Südpol-Spin auf das Kreiszentrum abgebildet wird.
    Siehe auch: W. Döring, Point Singularities in Micromagnetism, J. Appl. Phys. 39, 1006 (1968).
  3. Tony Skyrme: A non linear theory of strong interactons. In: Proc.Roy.Soc.. A 247, 1958, S. 260. doi:10.1098/rspa.1958.0183.
  4. Tony Skyrme: A unified model of K and Pi-Mesons, Proc.Roy.Soc. A 252, 1959, S. 236
  5. Tony Skyrme: A nonlinear field theory, Proc.Royal Society A 260, 1961, S. 127-138
  6. Tony Skyrme: Particle states in a quantized meson field, Proc.Roy.Soc. A 262, 1961, S. 237
  7. Kolloquiumsankündigung an der Universität Regensburg, PDF, abgerufen am 16. Nov. 2010
  8. Christian Pfleiderer: Magnetismus mit Drehsinn, Physik Journal 11 (2010), S. 25, und: Wirbel um Spinwirbel, dito 20 (2013), Heft (10), S. 20-21
  9. TU München: Magnetische Wirbelfäden in der Elektronensuppe
  10. Deutsche Forscher entdecken neue "Skyrmionen", Meldung vom 31. Juli 2011 auf heise.de; abgerufen am 31. Juli 2011
  11. Strom bewegt Skyrmionen, Pro Physik 2010
  12. Magnetische Nano-Knoten als Datenspeicher - Erster Schritt gelungen: Forscher erzeugen und löschen Skyrmionen auf einer Oberfläche. Original aus Science, 2013. doi:10.1126/science.1240573. Abgerufen am 9. August 2013.