Οι επιστήμονες έχουν κάνει ένα βήμα προς τη δημιουργία ισχυρών συσκευών που αξιοποιούνμαγνητικός φορτίστε δημιουργώντας το πρώτο τρισδιάστατο αντίγραφο ενός υλικού γνωστού ως spin-ice.
Τα υλικά πάγου σπιν είναι εξαιρετικά ασυνήθιστα, καθώς διαθέτουν τα λεγόμενα ελαττώματα που συμπεριφέρονται όπως ο μοναδικός πόλος ενός μαγνήτη.
Αυτοί οι μονοπολικοί μαγνήτες, επίσης γνωστοί ως μαγνητικά μονόπολα, δεν υπάρχουν στη φύση. Όταν κάθε μαγνητικό υλικό κόβεται στα δύο, θα δημιουργείται πάντα ένας νέος μαγνήτης με βόρειο και νότιο πόλο.
Για δεκαετίες, οι επιστήμονες αναζητούν παντού στοιχεία για φυσικά φαινόμενα.μαγνητικός μονόπολα με την ελπίδα να ομαδοποιήσουν τελικά τις θεμελιώδεις δυνάμεις της φύσης σε μια λεγόμενη θεωρία των πάντων, βάζοντας όλη τη φυσική κάτω από μια στέγη.
Ωστόσο, τα τελευταία χρόνια οι φυσικοί έχουν καταφέρει να παράγουν τεχνητές εκδοχές ενός μαγνητικού μονόπολου μέσω της δημιουργίας δισδιάστατων υλικών πάγου-σπιν.
Μέχρι σήμερα, αυτές οι δομές έχουν επιδείξει με επιτυχία ένα μαγνητικό μονόπολο, αλλά είναι αδύνατο να επιτευχθεί η ίδια φυσική όταν το υλικό περιορίζεται σε ένα μόνο επίπεδο. Πράγματι, η συγκεκριμένη τρισδιάστατη γεωμετρία του πλέγματος spin-ice είναι το κλειδί για την ασυνήθιστη ικανότητά του να δημιουργεί μικροσκοπικές δομές που μιμούνταιμαγνητικόςμονόπολα.
Σε μια νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε σήμερα στο Nature Communications, μια ομάδα με επικεφαλής επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο του Κάρντιφ δημιούργησε το πρώτο τρισδιάστατο αντίγραφο ενός υλικού spin-ice χρησιμοποιώντας έναν εξελιγμένο τύπο τρισδιάστατης εκτύπωσης και επεξεργασίας.
Η ομάδα λέει ότι η τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης τους επέτρεψε να προσαρμόσουν τη γεωμετρία του τεχνητού πάγου περιστροφής, που σημαίνει ότι μπορούν να ελέγξουν τον τρόπο με τον οποίο σχηματίζονται και μετακινούνται τα μαγνητικά μονόπολα στα συστήματα.
Η δυνατότητα χειρισμού των μίνι μονοπολικών μαγνητών σε 3D θα μπορούσε να ανοίξει το δρόμο για μια ολόκληρη σειρά εφαρμογών, από βελτιωμένη αποθήκευση σε υπολογιστές έως τη δημιουργία τρισδιάστατων δικτύων υπολογιστών που μιμούνται τη νευρωνική δομή του ανθρώπινου εγκεφάλου.
«Για πάνω από 10 χρόνια, οι επιστήμονες δημιουργούν και μελετούν τεχνητό σπιν-πάγο σε δύο διαστάσεις. Επεκτείνοντας τέτοια συστήματα σε τρεις διαστάσεις, αποκτούμε μια πολύ πιο ακριβή αναπαράσταση της φυσικής των μονοπόλων του σπιν-πάγου και είμαστε σε θέση να μελετήσουμε την επίδραση των επιφανειών», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας Δρ. Σαμ Λάντακ από τη Σχολή Φυσικής και Αστρονομίας του Πανεπιστημίου του Κάρντιφ.
«Αυτή είναι η πρώτη φορά που κάποιος μπόρεσε να δημιουργήσει ένα ακριβές τρισδιάστατο αντίγραφο ενός σπιν-πάγου, σχεδιασμένα, σε νανοκλίμακα».
Ο τεχνητός πάγος spin-ice δημιουργήθηκε χρησιμοποιώντας τεχνικές τρισδιάστατης νανοκατασκευής τελευταίας τεχνολογίας, στις οποίες μικροσκοπικά νανοσύρματα στοιβάζονταν σε τέσσερα στρώματα σε μια δομή πλέγματος, η οποία με τη σειρά της είχε συνολικό πλάτος μικρότερο από μια ανθρώπινη τρίχα.
Ένας ειδικός τύπος μικροσκοπίας γνωστός ως μικροσκοπία μαγνητικής δύναμης, ο οποίος είναι ευαίσθητος στον μαγνητισμό, χρησιμοποιήθηκε στη συνέχεια για την απεικόνιση των μαγνητικών φορτίων που υπάρχουν στη συσκευή, επιτρέποντας στην ομάδα να παρακολουθεί την κίνηση των μονοπολικών μαγνητών σε όλη την τρισδιάστατη δομή.
«Η εργασία μας είναι σημαντική, καθώς δείχνει ότι οι τεχνολογίες τρισδιάστατης εκτύπωσης σε νανοκλίμακα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μίμηση υλικών που συνήθως συντίθενται μέσω χημείας», συνέχισε ο Δρ. Λάντακ.
«Τελικά, αυτή η εργασία θα μπορούσε να προσφέρει ένα μέσο για την παραγωγή νέων μαγνητικών μεταϋλικών, όπου οι ιδιότητες των υλικών ρυθμίζονται ελέγχοντας την τρισδιάστατη γεωμετρία ενός τεχνητού πλέγματος».
«Οι μαγνητικές συσκευές αποθήκευσης, όπως ένας σκληρός δίσκος ή οι μαγνητικές συσκευές μνήμης τυχαίας προσπέλασης, είναι ένας άλλος τομέας που θα μπορούσε να επηρεαστεί μαζικά από αυτή την ανακάλυψη. Καθώς οι τρέχουσες συσκευές χρησιμοποιούν μόνο δύο από τις τρεις διαθέσιμες διαστάσεις, αυτό περιορίζει την ποσότητα πληροφοριών που μπορούν να αποθηκευτούν. Δεδομένου ότι τα μονόπολα μπορούν να μετακινηθούν γύρω από το τρισδιάστατο πλέγμα χρησιμοποιώντας ένα μαγνητικό πεδίο, μπορεί να είναι δυνατή η δημιουργία μιας πραγματικής τρισδιάστατης συσκευής αποθήκευσης βασισμένης στο μαγνητικό φορτίο.»
Ώρα δημοσίευσης: 28 Μαΐου 2021