美國(guó)北卡州立大學(xué)14日表示，科學(xué)家成功地在磁性環(huán)境產(chǎn)生了弧子（soliton）。35年前，科學(xué)家便建立了有關(guān)弧子的理論，并認(rèn)為它在打造磁性環(huán)境下基于自旋的計(jì)算機(jī)方面具有重要意義。

      弧子也稱孤立波，是一種特殊形式的超短脈沖，在小范圍的空間內(nèi)能保持自己的大小和動(dòng)量。科學(xué)家已證明，由光構(gòu)成的弧子（光弧子）能用于長(zhǎng)距離高速信息傳遞。然而，雖然科學(xué)家相信存在著弧子，但是在磁環(huán)境中，他們從來(lái)沒(méi)有觀察到過(guò)弧子。

      北卡州立大學(xué)數(shù)學(xué)家馬克?霍耶費(fèi)爾通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型向人們展示了弧子的表觀特征。隨后，當(dāng)瑞典物理學(xué)家約翰?阿科曼和研究生馬基德?莫森尼發(fā)現(xiàn)自己的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與霍耶菲爾的數(shù)學(xué)模型相符時(shí)，他們決定要確認(rèn)磁性弧子的存在。

      所有的電子以自旋的形式擁有角動(dòng)量，如同旋轉(zhuǎn)的陀螺。角動(dòng)量讓電子自旋軸指向特定的方向。在磁場(chǎng)內(nèi)，每個(gè)電子像陀螺那樣自旋且它們的自旋幾乎相同。研究中，阿科曼他們使用納米導(dǎo)線將微弱的直流電流導(dǎo)向磁鐵，為磁場(chǎng)中的電子群引入了能量，改變了電子的自旋，讓它們出現(xiàn)了旋進(jìn)，或者說(shuō)是像陀螺出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)軸不再與地面垂直的狀態(tài)，結(jié)果產(chǎn)生了微小的旋轉(zhuǎn)磁微滴，也就是形成了弧子。

      通過(guò)測(cè)量電子旋進(jìn)的頻率，科學(xué)家能夠探測(cè)到弧子的存在。在探測(cè)的過(guò)程中，他們觀察到了弧子獨(dú)一無(wú)二的“簽名”??伴隨能量輸出大跳躍的頻率顯著下跌，于是知道他們的實(shí)驗(yàn)取得了成功。霍耶菲爾表示，這些弧子被稱為“耗散”，因?yàn)榇艌?chǎng)需要消散電子旋進(jìn)的能量。磁場(chǎng)通過(guò)平衡直流電源引入到磁性系統(tǒng)的能量和輸出到系統(tǒng)外的能量來(lái)保持自己的穩(wěn)定。

      除了展示弧子存在外，科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)了弧子某些有趣的特性，包括振蕩運(yùn)動(dòng)以及周期性變形。相關(guān)的研究結(jié)果發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。