Учените са направили крачка към създаването на мощни устройства, които използватмагнитен заряд чрез създаване на първото по рода си триизмерно копие на материал, известен като спин-лед.
Материалите от спинов лед са изключително необичайни, тъй като притежават така наречените дефекти, които се държат като единствения полюс на магнит.
Тези еднополюсни магнити, известни още като магнитни монополи, не съществуват в природата; когато всеки магнитен материал се разреже на две, той винаги ще създаде нов магнит със северен и южен полюс.
В продължение на десетилетия учените търсят навсякъде доказателства за естествено срещащи семагнитен монополи с надеждата най-накрая да групират фундаменталните сили на природата в така наречената теория на всичко, поставяйки цялата физика под един покрив.
Въпреки това, през последните години физиците успяха да създадат изкуствени версии на магнитен монопол чрез създаването на двуизмерни спин-ледени материали.
Към днешна дата тези структури успешно демонстрират магнитен монопол, но е невъзможно да се получи същата физика, когато материалът е ограничен в една равнина. Всъщност, специфичната триизмерна геометрия на спин-ледената решетка е ключова за необичайната ѝ способност да създава малки структури, които имитират...магнитенмонополи.
В ново проучване, публикувано днес в Nature Communications, екип, ръководен от учени от университета в Кардиф, е създал първото по рода си 3D копие на материал от спин-лед, използвайки сложен вид 3D печат и обработка.
Екипът казва, че технологията за 3D печат им е позволила да персонализират геометрията на изкуствения спин-лед, което означава, че могат да контролират начина, по който магнитните монополи се формират и движат в системите.
Възможността за манипулиране на мини монополните магнити в 3D би могла да отвори цял набор от приложения, според тях, от подобрено компютърно съхранение до създаването на 3D изчислителни мрежи, имитиращи невронната структура на човешкия мозък.
„Повече от 10 години учените създават и изучават изкуствен спин-лед в две измерения. Чрез разширяване на такива системи до три измерения, ние получаваме много по-точно представяне на физиката на спин-ледените монополи и сме в състояние да изучаваме въздействието на повърхностите“, каза водещият автор д-р Сам Ладак от Училището по физика и астрономия към Университета в Кардиф.
„Това е първият път, в който някой е успял да създаде точно 3D копие на спин-лед, проектирано, в наномащаб.“
Изкуственият спин-лед е създаден с помощта на най-съвременни 3D нанотехнологии, при които малки наножици са подредени в четири слоя в решетъчна структура, която сама по себе си е с размери по-малки от ширината на човешки косъм.
Специален тип микроскопия, известна като магнитна силова микроскопия, която е чувствителна към магнетизъм, е използвана за визуализиране на магнитните заряди, присъстващи в устройството, което позволява на екипа да проследи движението на еднополюсните магнити в 3D структурата.
„Нашата работа е важна, тъй като показва, че технологиите за 3D печат с наномащаб могат да се използват за имитиране на материали, които обикновено се синтезират чрез химия“, продължи д-р Ладак.
„В крайна сметка, тази работа би могла да осигури средство за производство на нови магнитни метаматериали, където свойствата на материала се настройват чрез контролиране на 3D геометрията на изкуствена решетка.“
„Магнитните устройства за съхранение, като например твърди дискове или магнитни устройства с произволен достъп, са друга област, която може да бъде силно повлияна от този пробив. Тъй като настоящите устройства използват само две от трите налични измерения, това ограничава количеството информация, което може да се съхранява. Тъй като монополите могат да се движат около 3D решетката с помощта на магнитно поле, може да е възможно да се създаде истинско 3D устройство за съхранение, базирано на магнитен заряд.“
Време на публикуване: 28 май 2021 г.