Els científics han fet un pas endavant cap a la creació de dispositius potents que aprofitenmagnètic carregar-se creant la primera rèplica tridimensional d'un material conegut com a spin-gel.
Els materials de gel de spin són extremadament inusuals, ja que posseeixen els anomenats defectes que es comporten com el pol únic d'un imant.
Aquests imants unipolars, també coneguts com a monopols magnètics, no existeixen a la natura; quan cada material magnètic es talla en dos, sempre crearà un nou imant amb un pol nord i un pol sud.
Durant dècades, els científics han estat buscant per tot arreu proves de l'existència naturalmagnètic monopolis amb l'esperança d'agrupar finalment les forces fonamentals de la natura en una anomenada teoria del tot, posant tota la física sota un mateix sostre.
No obstant això, en els darrers anys els físics han aconseguit produir versions artificials d'un monopol magnètic mitjançant la creació de materials de gel d'espín bidimensionals.
Fins ara, aquestes estructures han demostrat amb èxit un monopol magnètic, però és impossible obtenir la mateixa física quan el material està confinat a un sol pla. De fet, és la geometria tridimensional específica de la xarxa d'espín-gel la que és clau per a la seva inusual capacitat de crear petites estructures que imitenmagnèticmonopols.
En un nou estudi publicat avui a Nature Communications, un equip liderat per científics de la Universitat de Cardiff ha creat la primera rèplica 3D d'un material de gel artificial utilitzant un tipus sofisticat d'impressió i processament 3D.
L'equip diu que la tecnologia d'impressió 3D els ha permès adaptar la geometria del gel artificial, cosa que significa que poden controlar la manera com es formen i es mouen els monopols magnètics en els sistemes.
Poder manipular els mini imants monopolars en 3D podria obrir tot un conjunt d'aplicacions, diuen, des d'un emmagatzematge informàtic millorat fins a la creació de xarxes informàtiques 3D que imitin l'estructura neuronal del cervell humà.
«Durant més de 10 anys, els científics han estat creant i estudiant gel d'espín artificial en dues dimensions. En estendre aquests sistemes a tres dimensions, obtenim una representació molt més precisa de la física del monopol de gel d'espín i podem estudiar l'impacte de les superfícies», va dir l'autor principal, el Dr. Sam Ladak, de l'Escola de Física i Astronomia de la Universitat de Cardiff.
«Aquesta és la primera vegada que algú ha estat capaç de crear una rèplica exacta en 3D d'un gel artificial, dissenyat per a això, a nanoescala.»
El gel artificial es va crear mitjançant tècniques de nanofabricació 3D d'última generació en què es van apilar petits nanofils en quatre capes en una estructura de gelosia, que al seu torn mesurava menys que l'amplada total d'un cabell humà.
A continuació, es va utilitzar un tipus especial de microscòpia coneguda com a microscòpia de força magnètica, que és sensible al magnetisme, per visualitzar les càrregues magnètiques presents al dispositiu, permetent a l'equip rastrejar el moviment dels imants unipolars a través de l'estructura 3D.
«La nostra feina és important, ja que demostra que les tecnologies d'impressió 3D a nanoescala es poden utilitzar per imitar materials que normalment es sintetitzen mitjançant la química», va continuar el Dr. Ladak.
"En definitiva, aquest treball podria proporcionar un mitjà per produir nous metamaterials magnètics, on les propietats del material s'ajusten controlant la geometria 3D d'una xarxa artificial."
«Els dispositius d'emmagatzematge magnètic, com ara un disc dur o dispositius de memòria d'accés aleatori magnètic, són una altra àrea que podria veure's enormement afectada per aquest avenç. Com que els dispositius actuals només utilitzen dues de les tres dimensions disponibles, això limita la quantitat d'informació que es pot emmagatzemar. Com que els monopols es poden moure per la xarxa 3D mitjançant un camp magnètic, pot ser possible crear un veritable dispositiu d'emmagatzematge 3D basat en la càrrega magnètica.»
Data de publicació: 28 de maig de 2021