小小的磁漩渦可能會徹底改變高性能計算機內存的存儲。磁鐵會產生無形的場，吸引某些材料。一個熟悉的例子是冰箱磁鐵。然而，它們在計算機中存儲數據方面也發揮著重要作用。通過利用磁場的方向（例如，向上或向下），微型條形磁鐵可以將每一個比特存儲為零或一，這是計算機語言的基礎。

美國能源部阿貢國家實驗室的科學家們正在努力用微小的磁渦（被稱為skyrmions）取代這些條形磁鐵。這些小至十億分之一米的旋渦在某些磁性材料中形成，並有可能帶來新一代的微電子技術，用於高性能計算機的內存存儲。

在阿貢材料科學部（MSD）工作的西北大學研究生亞瑟-麥克雷（Arthur McCray）說：”計算機存儲器中的條形磁鐵就像打了一個活結的鞋帶，幾乎不需要任何能量就能解開它們。而且任何條形磁鐵由於某種破壞而出現故障，都會影響到其他的磁鐵。相比之下，skyrmions就像打了死結的鞋帶。無論你如何用力拉動一根線，鞋帶都會保持更加係緊。因此，skyrmions對任何干擾都非常穩定。另一個重要特點是，科學家可以通過改變溫度或施加電流來控制它們的行為。”

隨著溫度從-92華氏度（204開爾文）到-272華氏度（104開爾文），skyrmion分組從高度有序到無序的變化。明亮的點表示有序。資料來源：阿貢國家實驗室

科學家們對不同條件下的skyrmion行為有很多需要學習。為了研究它們，阿貢領導的團隊開發了一個人工智能（AI）程序，該程序與阿貢的納米材料中心（CNM）的高功率電子顯微鏡一起工作，CNM是美國能源部科學辦公室的用戶設施。該顯微鏡可以在非常低的溫度下觀察到樣品中的天體。

該團隊的磁性材料是一種鐵、鍺和碲的混合物。在結構上，這種材料就像一疊有很多張的紙。一疊這樣的紙片包含許多天體，而一張紙片可以從頂部剝離，並在CNM這樣的設施中進行分析。

MSD的博士後Yue Li說：”CNM的電子顯微鏡加上一種被稱為機器學習的人工智能，使我們能夠直觀地看到skyrmion片以及它們在不同溫度下的行為。我們最有趣的發現是，在華氏零下60度及以上的溫度下，天離子以高度有序的模式排列，”MSD的材料科學家和小組負責人Charudatta Phatak說。”但是當我們冷卻樣品時，天體離子的排列就會發生變化。就像啤酒泡沫中的氣泡一樣，一些skyrmions變得更大，一些更小，一些合併，一些消失。”

在零下270度，該層達到了幾乎完全無序的狀態，但當溫度回到零下60度時，秩序又回來了。這種隨著溫度變化的有序-無序過渡可以在未來的微電子學中被利用，用於存儲。

科學家估計skyrmion的能源效率可能比目前用於研究的高性能計算機的存儲器好100到1000倍。

能源效率對下一代微電子技術至關重要，今天的微電子學已經占到了世界能源使用量的一個顯著部分，並可能在十年內消耗近25%。必須找到更加節能的電子產品。