Журнал "Компьютерра" №707

Такие вихревые домены физикам из Германии и Швейцарии удалось обнаружить в сложном оксиде гюбнерите LiCoPO4. Для этого потребовался специальный метод нелинейной лазерной диагностики, применяемый для изучения электронной и магнитной структуры кристаллов. Образец облучают коротким и мощным лазерным импульсом, который вызывает испускание материалом света с удвоенной частотой. Фаза и поляризация этого излучения зависит от ориентации магнитных вихрей в доменах. Поэтому, наблюдая за второй гармоникой лазерного излучения, можно обнаружить и исследовать необычные домены.

По мнению специалистов, это открытие сулит самые захватывающие перспективы. Первое, что приходит в голову, это хранение информации с помощью вихрей. Теоретически ориентацию магнитных вихрей в домене можно изменить только с помощью комбинации электрического и магнитного поля. А это значит, что она гораздо устойчивее к воздействию случайных внешних полей, чем намагниченность ферромагнетика, которая используется сегодня. Но самые удивительные применения, которые сейчас даже трудно предвидеть, могут найти материалы, в которых ферротороидальность сочетается с ферромагнитными или сегнетоэлектрическими свойствами. ГА

Физики вяжут

Удивительно простую и достаточно точную модель самопроизвольного образования узлов на веревке удалось предложить физикам из Калифорнийского университета в Сан-Диего.

Каждый знает, как порою трудно распутать случайно упавший провод или веревку. И если по большей части, кроме естественного раздражения и потери времени, это ничем не грозит, бывают ситуации, когда запутывание может стоить жизни. И не только в экстремальных видах спорта вроде альпинизма. Сравнительно редко, в одном проценте случаев, пуповина плода в утробе матери тоже может запутаться. Запутываются длинные молекулы ДНК, вихри жидкости в гидродинамике и магнитные поля в ферромагнетиках. Но несмотря на обилие приложений, сколько-нибудь внятной теории самообразования узлов до сих пор не существовало. В то же время математическая теория узлов, которая позволяет их классифицировать, насчитывает уже не одну сотню лет. Ею занимались и многие великие математики (например, Гаусс и Пуанкаре), и знаменитые физики (лорд Кельвин). Тем не менее даже на такой, казалось бы, простой вопрос: можно ли распутать заданный набор узлов на замкнутой веревке? - до сих пор нет исчерпывающего ответа.

Физики, как обычно, подошли к проблеме со стороны эксперимента. Собрали установку, похожую на стиральную машину с барабаном, бросали в нее веревки разной длины и жесткости, включали барабан на определенное время, а потом разбирались, каким образом веревка перепуталась. Для этого пришлось использовать цифровую фотографию и специальный алгоритм, который по фото распознавал и классифицировал узлы. Без компьютера понять, что два на вид совершенно разных узла на самом деле одинаковы, было бы крайне затруднительно. После более чем трех тысяч экспериментов набралась солидная статистика.

Оказалось, что достаточно буквально нескольких секунд, чтобы веревка в барабане хорошо запуталась. Кроме почти очевидных закономерностей, что чем дольше работает машина и чем длиннее и мягче веревка, тем сильнее она запутывается, были обнаружены и менее тривиальные факты. Вместо того чтобы наблюдать, как ожидалось, преимущественно комбинации из нескольких несложных узлов, ученые обнаружили 120 типов так называемых простых узлов, которые уже нельзя разложить на еще более простые. Самый сложный из простых узлов насчитывал одиннадцать пересечений, и были выявлены все известные простые узлы с семью пересечениями. Другими словами, предоставленная сама себе веревка стремится перепутаться самым причудливым образом.

Тем не менее физикам удалось предложить очень простую модель, которая пока лишь качественно, но уже вполне сносно описывает вероятностное распределение образующихся узлов по типам, а также зависимость от времени запутывания, жесткости и длины веревки. В модели веревку скручивают в спираль, соответствующую ее жесткости и размерам барабана, а свободный конец вплетают через кольца, с равной вероятностью прохождения над или под кольцом. Этой процедуры оказалось достаточно, чтобы получить даже самые сложные из имеющихся узлов вместе с вероятностью их образования.

Разработанная модель наверняка найдет массу приложений. Специалистов особенно поразило то, как благодаря правильно поставленной задаче даже на дешевом оборудовании удалось получить существенно новые, содержательные и востребованные результаты. ГА

Новости подготовили

Галактион Андреев

Александр Бумагин

Евгений Васильев

Владимир Головин

Евгений Гордеев

Артем Захаров

Евгений Золотов

Сергей Кириенко

Денис Коновальчик

Игорь Куксов

Алексей Носов

Павел Протасов

Иван Прохоров

Дмитрий Шабанов

Микрофишки