Vědci učinili krok k vytvoření výkonných zařízení, která využívajímagnetický náboj vytvořením vůbec první trojrozměrné repliky materiálu známého jako spin-ice.
Materiály tvořené rotačním ledem jsou extrémně neobvyklé, protože obsahují takzvané defekty, které se chovají jako jediný pól magnetu.
Tyto jednopólové magnety, známé také jako magnetické monopoly, v přírodě neexistují; když se každý magnetický materiál rozřízne na dvě části, vždy se vytvoří nový magnet se severním a jižním pólem.
Vědci po celá desetiletí hledají důkazy o přirozeném výskytu...magnetický monopoly v naději, že konečně seskupí základní přírodní síly do takzvané teorie všeho a sjednotí tak celou fyziku pod jednou střechou.
V posledních letech se však fyzikům podařilo vytvořit umělé verze magnetického monopolu vytvořením dvourozměrných materiálů typu spin-ice.
Dosud tyto struktury úspěšně prokázaly magnetický monopól, ale je nemožné dosáhnout stejné fyziky, pokud je materiál omezen na jednu rovinu. Ve skutečnosti je to specifická trojrozměrná geometrie mřížky spin-ice, která je klíčem k její neobvyklé schopnosti vytvářet drobné struktury, které napodobujímagnetickýmonopoly.
V nové studii publikované dnes v časopise Nature Communications vytvořil tým vedený vědci z Cardiffské univerzity vůbec první 3D repliku materiálu spin-ice za použití sofistikovaného typu 3D tisku a zpracování.
Tým tvrdí, že technologie 3D tisku jim umožnila přizpůsobit geometrii umělého spin-ice, což znamená, že mohou ovládat způsob, jakým se magnetické monopoly v systémech tvoří a pohybují.
Schopnost manipulovat s miniaturními monopolovými magnety ve 3D by podle nich mohla otevřít celou řadu aplikací, od vylepšeného počítačového ukládání až po vytváření 3D výpočetních sítí, které napodobují neuronovou strukturu lidského mozku.
„Vědci již více než 10 let vytvářejí a studují umělý spin-ice ve dvou rozměrech. Rozšířením takových systémů na tři rozměry získáváme mnohem přesnější reprezentaci fyziky spin-ice monopolů a jsme schopni studovat dopad povrchů,“ řekl hlavní autor Dr. Sam Ladak z Fakulty fyziky a astronomie Cardiffské univerzity.
„Je to poprvé, co se někomu podařilo vytvořit přesnou 3D repliku rotačního ledu, a to záměrně, v nanoměřítku.“
Umělý rotační led byl vytvořen za použití nejmodernějších 3D nanofabrikačních technik, při kterých byly drobné nanodráty naskládány do čtyř vrstev v mřížkové struktuře, která sama o sobě měřila menší než šířka lidského vlasu.
K vizualizaci magnetických nábojů přítomných na zařízení byl poté použit speciální typ mikroskopie známý jako magnetická silová mikroskopie, která je citlivá na magnetismus, což týmu umožnilo sledovat pohyb jednopólových magnetů napříč 3D strukturou.
„Naše práce je důležitá, protože ukazuje, že technologie 3D tisku v nanoměřítku lze použít k napodobení materiálů, které se obvykle syntetizují chemicky,“ pokračoval Dr. Ladak.
„Tato práce by nakonec mohla poskytnout prostředky k výrobě nových magnetických metamateriálů, kde jsou vlastnosti materiálu laděny řízením 3D geometrie umělé mřížky.“
„Magnetická paměťová zařízení, jako jsou pevné disky nebo magnetické paměti s náhodným přístupem, jsou další oblastí, která by mohla být tímto průlomem masivně ovlivněna. Vzhledem k tomu, že současná zařízení používají pouze dva ze tří dostupných rozměrů, omezuje to množství informací, které lze uložit. Vzhledem k tomu, že monopoly lze pohybovat po 3D mřížce pomocí magnetického pole, mohlo by být možné vytvořit skutečné 3D paměťové zařízení založené na magnetickém náboji.“
Čas zveřejnění: 28. května 2021