Unieke fysieke eigenschappen van deze "magische knopen" kunnen helpen om te voldoen aan de vraag naar IT-kracht en opslag met een fractie van de energie.

Voor de meesten van ons, eventuele zorgen over de rekensnelheid of gegevensopslag zijn meestal om het sneller te laten gaan terwijl er meer wordt opgeslagen. We denken bijna nooit aan de enorme hoeveelheden energie die al nodig zijn om internetservers van stroom te voorzien of het toenemende aantal apparaten dat we bezitten op te laden. "De ecologische voetafdruk van computers, IT en internet worden enorm. Het is ongeveer tien jaar geleden dat het groter werd dan de ecologische voetafdruk van vliegreizen, " zegt Christopher Marrows, hoogleraar fysica van de gecondenseerde materie aan de Universiteit van Leeds, VK.

Hij is een van de vele medewerkers van MAGicSky, een EU-project dat worstelt met de fysica van unieke "quasideeltjes" genaamd skyrmionen, genoemd naar wetenschapper Tony Skyrme die in 1962 voor het eerst theoretiseerde over hun bestaan. Vanwege hun unieke eigenschappen, skyrmions zijn kleiner, en stabieler en mobieler dan de huidige computer- en magnetische opslagapparaten, waardoor ze een betere basis vormen voor het bouwen van de volgende generatie IT-apparaten - plus de energie die nodig is om ze van stroom te voorzien is een fractie van wat we nu gebruiken, van tien keer minder tot potentieel veel meer.

Een skyrmion is een twist, of een knoop, in een overigens uniform magnetisch veld dat een gebied creëert waarin de elektronen van een groep atomen zich niet op de magnetische polen richten, maar in kransen. Eenmaal gerangschikt in deze unieke topologie kunnen ze zich gedragen als deeltjes en worden ze beschermd tegen krachten van buitenaf.

"Als je een skyrmion wilt maken of vernietigen, dat vereist dat je iets heel gewelddadigs doet met de magnetisatie, " legt Marrows uit. "Als je gegevens opslaat, wil je er zeker van zijn dat wanneer je volgende week terugkomt, volgend jaar of over tien jaar, dat het er nog is."

Niet alleen zijn skyrmions veilig, ze zijn ook klein in vergelijking met de huidige magnetische opslagapparaten. "Ze kunnen grote afstanden afleggen en hebben heel weinig energie nodig om te reizen, " zegt dr. Katia Pappas, een professor aan de Technische Universiteit Delft in Nederland. "Skyrmions kunnen niet alleen de weg vrijmaken voor opslag met een hoge dichtheid, maar ook nieuwe soorten apparaten met heel weinig energieverbruik."

Deze nieuwe machines kunnen ooit de rekenkracht van een menselijk brein benutten. "Met een skyrmion, omdat het als een klein deeltje is, kun je het in meer dan één dimensie verplaatsen, " zegt Merels, waardoor hun computerpotentieel enorm groter is dan de huidige methoden die werken in tweedimensionale, binaire manieren. Hij voegt eraan toe dat skyrmionen een veelbelovende manier zijn om iets neuraals, native in hardware. Maar voordat neurale verwerkingskracht naar onze laptops komt, de fundamentele fysica van skyrmionen moet eerst worden begrepen.

"De stabilisatie van skyrmionen is iets dat vrij breed wordt besproken in de gemeenschap, " zegt Dr. Sebastian Mühlbauer, professor in de afdeling natuurkunde aan de Technische Universiteit van München, Duitsland. Voor hem zijn deze fundamentele vragen cruciaal:hoe kun je een materiaal ontwerpen dat magnetische skyrmionen laat zien? Wat voor ingrediënten heb je nodig? Wat is de minimale energieconfiguratie? Naarmate er meer van deze informatie beschikbaar komt, verschuift de focus onvermijdelijk naar toepassingen. "Er zijn groepen die naar theorie kijken en echt kijken naar de fundamentele eigenschappen van skyrmionen, maar steeds meer mensen gaan in de richting van toepassingen, ", zegt Mühlbauer.

Marrows en de MAGicSky-medewerkers, ondersteund door het EU-programma Future and Emerging Technologies (FET), zijn een van de groepen die werken aan het begrijpen van de fundamentele fysica. Ze hebben skyrmions bereikt bij kamertemperatuur, een enorme vooruitgang op de cryogene temperaturen die ooit nodig waren, en Marrows heeft specifiek hun vermogen om skyrmionen te detecteren vergroot; een cruciale stap voor het lezen van gegevens die zijn opgeslagen in skyrmions.