Wetenskaplikes het 'n stap geneem in die rigting van die skep van kragtige toestelle wat gebruik maak vanmagneties lading deur die eerste driedimensionele replika ooit van 'n materiaal bekend as 'n spin-ys te skep.
Spin-ysmateriale is uiters ongewoon aangesien hulle sogenaamde defekte besit wat optree soos die enkelpool van 'n magneet.
Hierdie enkelpoolmagnete, ook bekend as magnetiese monopole, bestaan nie in die natuur nie; wanneer elke magnetiese materiaal in twee gesny word, sal dit altyd 'n nuwe magneet met 'n noord- en suidpool skep.
Wetenskaplikes het dekades lank wyd en syd gesoek na bewyse van natuurlike voorkoms.magneties monopole in die hoop om uiteindelik die fundamentele kragte van die natuur in 'n sogenaamde teorie van alles te groepeer, wat alle fisika onder een dak plaas.
In onlangse jare het fisici egter daarin geslaag om kunsmatige weergawes van 'n magnetiese monopool te produseer deur die skepping van tweedimensionele spin-ysmateriale.
Tot op hede het hierdie strukture suksesvol 'n magnetiese monopool gedemonstreer, maar dit is onmoontlik om dieselfde fisika te verkry wanneer die materiaal tot 'n enkele vlak beperk is. Dit is inderdaad die spesifieke driedimensionele geometrie van die spin-ysrooster wat die sleutel is tot sy ongewone vermoë om klein strukture te skep wat nabootsmagnetiesmonopole.
In 'n nuwe studie wat vandag in Nature Communications gepubliseer is, het 'n span onder leiding van wetenskaplikes aan die Universiteit van Cardiff die eerste 3D-replika van 'n spin-ys-materiaal geskep deur 'n gesofistikeerde tipe 3D-drukwerk en -verwerking te gebruik.
Die span sê die 3D-druktegnologie het hulle toegelaat om die geometrie van die kunsmatige spin-ys aan te pas, wat beteken dat hulle die manier waarop die magnetiese monopole gevorm en in die stelsels rondbeweeg word, kan beheer.
Om die mini-monopoolmagnete in 3D te kan manipuleer, kan 'n hele reeks toepassings oopmaak, sê hulle, van verbeterde rekenaarberging tot die skepping van 3D-rekenaarnetwerke wat die neurale struktuur van die menslike brein naboots.
“Vir meer as 10 jaar het wetenskaplikes kunsmatige spin-ys in twee dimensies geskep en bestudeer. Deur sulke stelsels na drie dimensies uit te brei, kry ons 'n baie meer akkurate voorstelling van spin-ys monopoolfisika en kan ons die impak van oppervlaktes bestudeer,” het hoofskrywer dr. Sam Ladak van die Universiteit van Cardiff se Skool vir Fisika en Sterrekunde gesê.
“Dit is die eerste keer dat enigiemand 'n presiese 3D-replika van 'n spin-ys, volgens ontwerp, op nanoskaal kon skep.”
Die kunsmatige spin-ys is geskep met behulp van die nuutste 3D-nanofabrikasietegnieke waarin klein nanodrade in vier lae in 'n roosterstruktuur gestapel is, wat self minder as 'n menslike haar se breedte gemeet het.
'n Spesiale tipe mikroskopie, bekend as magnetiese kragmikroskopie, wat sensitief is vir magnetisme, is toe gebruik om die magnetiese ladings op die toestel te visualiseer, wat die span in staat stel om die beweging van die enkelpoolmagnete oor die 3D-struktuur op te spoor.
“Ons werk is belangrik, aangesien dit toon dat nanoskaal 3D-druktegnologieë gebruik kan word om materiale na te boots wat gewoonlik via chemie gesintetiseer word,” het dr. Ladak voortgegaan.
“Uiteindelik kan hierdie werk 'n manier bied om nuwe magnetiese metamateriale te produseer, waar die materiaaleienskappe aangepas word deur die 3D-geometrie van 'n kunsmatige rooster te beheer.”
“Magnetiese stoortoestelle, soos 'n hardeskyf of magnetiese geheuetoestelle met ewetoegang, is nog 'n gebied wat massief deur hierdie deurbraak beïnvloed kan word. Aangesien huidige toestelle slegs twee van die drie beskikbare dimensies gebruik, beperk dit die hoeveelheid inligting wat gestoor kan word. Aangesien die monopole met behulp van 'n magnetiese veld rondom die 3D-rooster beweeg kan word, kan dit moontlik wees om 'n ware 3D-stoortoestel te skep wat op magnetiese lading gebaseer is.”
Plasingstyd: 28 Mei 2021