پیشرفت در نانوساختارهای مغناطیسی سه بعدی می تواند محاسبات مدرن را متحول کند

دانشمندان گامی به سوی ایجاد دستگاه های قدرتمندی برداشته اند که مهار می کنندمغناطیسی با ایجاد اولین ماکت سه بعدی از ماده ای به نام اسپین یخ شارژ کنید.

مواد یخ چرخشی بسیار غیرمعمول هستند زیرا به اصطلاح دارای نقص هایی هستند که مانند یک قطب یک آهنربا رفتار می کنند.

این آهنرباهای تک قطبی که به عنوان تک قطبی مغناطیسی نیز شناخته می شوند، در طبیعت وجود ندارند.هنگامی که هر ماده مغناطیسی به دو قسمت تقسیم می شود، همیشه یک آهنربای جدید با قطب شمال و جنوب ایجاد می کند.

برای چندین دهه دانشمندان به دنبال شواهدی از وجود طبیعی بوده اندمغناطیسی تک قطبی به امید اینکه سرانجام نیروهای بنیادی طبیعت را در یک نظریه به اصطلاح همه چیز گروه بندی کنند و تمام فیزیک را زیر یک سقف قرار دهند.

با این حال، در سال های اخیر فیزیکدانان موفق به تولید نسخه های مصنوعی از یک تک قطبی مغناطیسی از طریق ایجاد مواد دو بعدی اسپین-یخ شده اند.

تا به امروز، این ساختارها با موفقیت یک تک قطبی مغناطیسی را نشان داده‌اند، اما زمانی که مواد به یک صفحه محدود می‌شوند، نمی‌توان همان فیزیک را به دست آورد.در واقع، این هندسه سه بعدی خاص شبکه اسپین-یخ است که کلید توانایی غیرعادی آن برای ایجاد ساختارهای کوچکی است که تقلید می کنند.مغناطیسیتک قطبی ها

در یک مطالعه جدید که امروز در Nature Communications منتشر شد، تیمی به رهبری دانشمندان دانشگاه کاردیف اولین کپی سه بعدی از یک ماده یخ چرخشی را با استفاده از یک نوع پیچیده از چاپ و پردازش سه بعدی ایجاد کردند.

این تیم می‌گویند فناوری چاپ سه‌بعدی به آن‌ها این امکان را داده است که هندسه یخ اسپین مصنوعی را تنظیم کنند، به این معنی که می‌توانند نحوه شکل‌گیری و حرکت تک قطبی‌های مغناطیسی را در سیستم‌ها کنترل کنند.

به گفته آنها، توانایی دستکاری آهنرباهای تک قطبی کوچک به صورت سه بعدی می تواند طیف گسترده ای از برنامه ها را باز کند، از ذخیره سازی کامپیوتری پیشرفته تا ایجاد شبکه های محاسباتی سه بعدی که ساختار عصبی مغز انسان را تقلید می کنند.

بیش از 10 سال است که دانشمندان در حال ایجاد و مطالعه یخ مصنوعی در دو بعد بوده اند.دکتر سام لاداک، نویسنده ارشد این مقاله از دانشکده فیزیک و نجوم دانشگاه کاردیف، گفت: با گسترش چنین سیستم هایی به سه بعدی، ما نمایش دقیق تری از فیزیک تک قطبی اسپین-یخ به دست می آوریم و می توانیم تأثیر سطوح را مطالعه کنیم.

این اولین باری است که کسی توانسته است یک کپی سه بعدی دقیق از اسپین یخ، با طراحی، در مقیاس نانو ایجاد کند.

اسپین یخ مصنوعی با استفاده از تکنیک‌های پیشرفته نانوساخت سه‌بعدی ایجاد شد که در آن نانوسیم‌های ریز در چهار لایه در یک ساختار مشبک قرار گرفتند که خود کمتر از عرض کلی یک موی انسان بود.

نوع خاصی از میکروسکوپ معروف به میکروسکوپ نیروی مغناطیسی که به مغناطیس حساس است، سپس برای تجسم بارهای مغناطیسی موجود در دستگاه استفاده شد و به تیم اجازه داد حرکت آهنرباهای تک قطبی را در ساختار سه بعدی ردیابی کند.

دکتر لاداک ادامه داد: "کار ما مهم است زیرا نشان می دهد که فناوری های چاپ سه بعدی در مقیاس نانو را می توان برای تقلید از موادی استفاده کرد که معمولاً از طریق شیمی سنتز می شوند."

در نهایت، این کار می‌تواند وسیله‌ای برای تولید فرامواد مغناطیسی جدید باشد، جایی که خواص مواد با کنترل هندسه سه‌بعدی یک شبکه مصنوعی تنظیم می‌شوند.

«دستگاه‌های ذخیره‌سازی مغناطیسی، مانند درایو دیسک سخت یا دستگاه‌های حافظه تصادفی مغناطیسی، حوزه دیگری است که می‌تواند به شدت تحت تأثیر این پیشرفت قرار گیرد.از آنجایی که دستگاه‌های فعلی فقط از دو بعد از سه بعد موجود استفاده می‌کنند، این مقدار اطلاعاتی را که می‌توان ذخیره کرد محدود می‌کند.از آنجایی که تک قطبی ها را می توان با استفاده از یک میدان مغناطیسی در اطراف شبکه سه بعدی حرکت داد، ممکن است بتوان یک دستگاه ذخیره سازی سه بعدی واقعی بر اساس بار مغناطیسی ایجاد کرد.