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 περιστροφής είναι εξαιρετικά ασυνήθιστα καθώς έχουν τα λεγόμενα ελαττώματα που συμπεριφέρονται ως ο μοναδικός πόλος ενός μαγνήτη.
Αυτοί οι μονοπολικοί μαγνήτες, γνωστοί και ως μαγνητικά μονόπολα, δεν υπάρχουν στη φύση.Όταν κάθε μαγνητικό υλικό κόβεται στα δύο, θα δημιουργεί πάντα έναν νέο μαγνήτη με βόρειο και νότιο πόλο.
Για δεκαετίες οι επιστήμονες έψαχναν μακριά και ευρέως για αποδείξεις ότι υπάρχουν φυσικάμαγνητικός μονοπόλων με την ελπίδα να ομαδοποιήσουν επιτέλους 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 κατάφεραν να παράγουν τεχνητές εκδοχές ενός μαγνητικού μονοπόλου μέσω της δημιουργίας δισδιάστατων υλικών spin-ice.
Μέχρι σήμερα αυτές οι δομές έχουν επιδείξει με επιτυχία ένα μαγνητικό μονόπολο, αλλά είναι αδύνατο να αποκτήσουμε την ίδια φυσική όταν το υλικό περιορίζεται σε ένα μόνο επίπεδο.Πράγματι, είναι η συγκεκριμένη τρισδιάστατη γεωμετρία του πλέγματος πάγου που είναι το κλειδί για την ασυνήθιστη ικανότητά του να δημιουργεί μικροσκοπικές δομές που μιμούνταιμαγνητικόςμονόπολα.
Σε μια νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε σήμερα στο Nature Communications, μια ομάδα με επικεφαλής τους επιστήμονες του Πανεπιστημίου του Κάρντιφ δημιούργησε το πρώτο 3D 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 spin-ice, που σημαίνει ότι μπορούν να ελέγχουν τον τρόπο με τον οποίο σχηματίζονται και κινούνται τα μαγνητικά μονόπολα στα συστήματα.
Η δυνατότητα χειρισμού των μίνι μονόπολων μαγνητών σε 3D θα μπορούσε να ανοίξει μια ολόκληρη σειρά εφαρμογών, όπως λένε, από βελτιωμένη αποθήκευση υπολογιστή έως τη δημιουργία τρισδιάστατων δικτύων υπολογιστών που μιμούνται τη νευρική δομή του ανθρώπινου εγκεφάλου.
«Για πάνω από 10 χρόνια οι επιστήμονες δημιουργούν και μελετούν τεχνητό πάγο σε δύο διαστάσεις.Επεκτείνοντας τέτοια συστήματα σε τρισδιάστατες αποκτούμε μια πολύ πιο ακριβή αναπαράσταση της φυσικής του μονοπολικού πάγου σπιν και είμαστε σε θέση να μελετήσουμε την πρόσκρουση των επιφανειών», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας Δρ. Sam Ladak από τη Σχολή Φυσικής και Αστρονομίας του Πανεπιστημίου του Κάρντιφ.
«Είναι η πρώτη φορά που κάποιος μπόρεσε να δημιουργήσει ένα ακριβές τρισδιάστατο αντίγραφο ενός spin-ice, με σχεδιασμό, σε νανοκλίμακα».
Ο τεχνητός πάγος δημιουργήθηκε με τη χρήση τεχνικών τρισδιάστατης νανοκατασκευής τελευταίας τεχνολογίας, στις οποίες μικροσκοπικά νανοσύρματα στοιβάζονταν σε τέσσερα στρώματα σε μια δομή πλέγματος, η οποία η ίδια μετρούσε λιγότερο από το συνολικό πλάτος μιας ανθρώπινης τρίχας.
Ένας ειδικός τύπος μικροσκοπίου γνωστό ως μικροσκοπία μαγνητικής δύναμης, το οποίο είναι ευαίσθητο στον μαγνητισμό, χρησιμοποιήθηκε στη συνέχεια για να απεικονίσει τα μαγνητικά φορτία που υπάρχουν στη συσκευή, επιτρέποντας στην ομάδα να παρακολουθεί την κίνηση των μονοπολικών μαγνητών στην τρισδιάστατη δομή.
«Η δουλειά μας είναι σημαντική καθώς δείχνει ότι οι τεχνολογίες τρισδιάστατης εκτύπωσης σε νανοκλίμακα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μίμηση υλικών που συνήθως συντίθενται μέσω της χημείας», συνέχισε ο Δρ Ladak.
«Τελικά, αυτή η εργασία θα μπορούσε να προσφέρει ένα μέσο για την παραγωγή νέων μαγνητικών μεταϋλικών, όπου οι ιδιότητες του υλικού συντονίζονται ελέγχοντας την τρισδιάστατη γεωμετρία ενός τεχνητού πλέγματος.
«Οι μαγνητικές συσκευές αποθήκευσης, όπως μια μονάδα σκληρού δίσκου ή συσκευές μνήμης μαγνητικής τυχαίας πρόσβασης, είναι ένας άλλος τομέας που θα μπορούσε να επηρεαστεί σε μεγάλο βαθμό από αυτή την ανακάλυψη.Καθώς οι τρέχουσες συσκευές χρησιμοποιούν μόνο δύο από τις τρεις διαθέσιμες διαστάσεις, αυτό περιορίζει τον όγκο των 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 συσκευής αποθήκευσης 3D με βάση το μαγνητικό φορτίο."
Ώρα δημοσίευσης: 28 Μαΐου 2021