دانشمندان گامی به سوی ساخت دستگاه‌های قدرتمندی برداشته‌اند که ...مغناطیسی با ایجاد اولین ماکت سه‌بعدی از ماده‌ای که به عنوان یخ اسپینی شناخته می‌شود، شارژ می‌شوند.
مواد یخ اسپینی بسیار غیرمعمول هستند زیرا دارای نقص‌هایی هستند که مانند قطب منفرد یک آهنربا رفتار می‌کنند.
این آهنرباهای تک قطبی، که به عنوان تک قطبی‌های مغناطیسی نیز شناخته می‌شوند، در طبیعت وجود ندارند؛ وقتی هر ماده مغناطیسی به دو قسمت تقسیم شود، همیشه یک آهنربای جدید با قطب‌های شمال و جنوب ایجاد می‌کند.
دانشمندان دهه‌هاست که به دنبال شواهدی از پدیده‌های طبیعی در اعماق زمین هستند.مغناطیسی تک‌قطبی‌ها به امید اینکه سرانجام نیروهای بنیادی طبیعت را در قالب یک نظریه به اصطلاح همه چیز گروه‌بندی کنند و تمام فیزیک را زیر یک سقف قرار دهند.
با این حال، در سال‌های اخیر فیزیکدانان موفق شده‌اند از طریق ایجاد مواد یخ اسپینی دوبعدی، نسخه‌های مصنوعی از تک‌قطبی مغناطیسی تولید کنند.
تا به امروز، این ساختارها با موفقیت یک تک‌قطبی مغناطیسی را نشان داده‌اند، اما دستیابی به همان فیزیک زمانی که ماده به یک صفحه محدود شده باشد، غیرممکن است. در واقع، هندسه سه‌بعدی خاص شبکه یخ اسپینی است که کلید توانایی غیرمعمول آن در ایجاد ساختارهای کوچکی است که از میدان مغناطیسی تقلید می‌کنند.مغناطیسیتک قطبی ها
در مطالعه‌ی جدیدی که امروز در مجله‌ی Nature Communications منتشر شد، تیمی به رهبری دانشمندان دانشگاه کاردیف، اولین ماکت سه‌بعدی از ماده‌ی یخ اسپینی را با استفاده از نوع پیشرفته‌ای از چاپ و پردازش سه‌بعدی ایجاد کردند.
این تیم می‌گوید فناوری چاپ سه‌بعدی به آنها اجازه داده است تا هندسه یخ اسپینی مصنوعی را متناسب با نیاز خود تنظیم کنند، به این معنی که می‌توانند نحوه تشکیل و حرکت تک‌قطبی‌های مغناطیسی در سیستم‌ها را کنترل کنند.
به گفته‌ی آنها، توانایی دستکاری آهنرباهای تک‌قطبی کوچک در حالت سه‌بعدی می‌تواند طیف وسیعی از کاربردها را ایجاد کند، از افزایش فضای ذخیره‌سازی کامپیوتر گرفته تا ایجاد شبکه‌های محاسباتی سه‌بعدی که ساختار عصبی مغز انسان را تقلید می‌کنند.
دکتر سم لادک، نویسنده‌ی اصلی مقاله از دانشکده‌ی فیزیک و نجوم دانشگاه کاردیف، گفت: «بیش از ۱۰ سال است که دانشمندان در حال ساخت و مطالعه‌ی یخ اسپینی مصنوعی در دو بعد هستند. با گسترش چنین سیستم‌هایی به حالت سه‌بعدی، ما نمایش بسیار دقیق‌تری از فیزیک تک‌قطبی یخ اسپینی به دست می‌آوریم و می‌توانیم تأثیر سطوح را مطالعه کنیم.»
«این اولین باری است که کسی توانسته یک کپی سه‌بعدی دقیق از یک یخ اسپینی را، با طراحی، در مقیاس نانو بسازد.»
یخ اسپینی مصنوعی با استفاده از تکنیک‌های پیشرفته نانوساخت سه‌بعدی ساخته شد که در آن نانوسیم‌های ریز در چهار لایه در یک ساختار شبکه‌ای روی هم چیده شدند، که خود در مجموع کمتر از عرض موی انسان است.
سپس از نوع خاصی از میکروسکوپی به نام میکروسکوپ نیروی مغناطیسی که به مغناطیس حساس است، برای تجسم بارهای مغناطیسی موجود در دستگاه استفاده شد و به تیم اجازه داد تا حرکت آهنرباهای تک قطبی را در سراسر ساختار سه‌بعدی ردیابی کنند.
دکتر لادک ادامه داد: «کار ما مهم است زیرا نشان می‌دهد که فناوری‌های چاپ سه‌بعدی در مقیاس نانو می‌توانند برای تقلید از موادی که معمولاً از طریق شیمی سنتز می‌شوند، مورد استفاده قرار گیرند.»
در نهایت، این کار می‌تواند وسیله‌ای برای تولید فرامواد مغناطیسی جدید فراهم کند، که در آن خواص مواد با کنترل هندسه سه‌بعدی یک شبکه مصنوعی تنظیم می‌شوند.
«دستگاه‌های ذخیره‌سازی مغناطیسی، مانند هارد دیسک یا دستگاه‌های حافظه دسترسی تصادفی مغناطیسی، حوزه دیگری است که می‌تواند به شدت تحت تأثیر این پیشرفت قرار گیرد. از آنجایی که دستگاه‌های فعلی تنها از دو بعد از سه بعد موجود استفاده می‌کنند، این امر میزان اطلاعات قابل ذخیره را محدود می‌کند. از آنجایی که تک‌قطبی‌ها را می‌توان با استفاده از یک میدان مغناطیسی در اطراف شبکه سه‌بعدی حرکت داد، ممکن است بتوان یک دستگاه ذخیره‌سازی سه‌بعدی واقعی بر اساس بار مغناطیسی ایجاد کرد.»
زمان ارسال: ۲۸ مه ۲۰۲۱