Les scientifiques ont fait un pas vers la création d'appareils puissants qui exploitentmagnétique charge en créant la toute première réplique tridimensionnelle d'un matériau connu sous le nom de glace de spin.
Les matériaux de glace de spin sont extrêmement inhabituels car ils possèdent ce qu'on appelle des défauts qui se comportent comme le pôle unique d'un aimant.
Ces aimants unipolaires, également appelés monopôles magnétiques, n'existent pas dans la nature ; lorsque chaque matériau magnétique est coupé en deux, il créera toujours un nouvel aimant avec un pôle nord et un pôle sud.
Depuis des décennies, les scientifiques recherchent partout des preuves de l'existence de ces phénomènes naturels.magnétique monopoles dans l’espoir de regrouper enfin les forces fondamentales de la nature dans une soi-disant théorie du tout, mettant toute la physique sous un même toit.
Cependant, ces dernières années, les physiciens ont réussi à produire des versions artificielles d’un monopôle magnétique grâce à la création de matériaux de glace de spin bidimensionnels.
À ce jour, ces structures ont démontré avec succès un monopôle magnétique, mais il est impossible d'obtenir la même physique lorsque le matériau est confiné à un seul plan. En effet, c'est la géométrie tridimensionnelle spécifique du réseau de glace de spin qui est la clé de sa capacité inhabituelle à créer de minuscules structures imitantmagnétiquemonopôles.
Dans une nouvelle étude publiée aujourd'hui dans Nature Communications, une équipe dirigée par des scientifiques de l'Université de Cardiff a créé la toute première réplique 3D d'un matériau de glace de spin en utilisant un type sophistiqué d'impression et de traitement 3D.
L'équipe affirme que la technologie d'impression 3D leur a permis d'adapter la géométrie de la glace de spin artificielle, ce qui signifie qu'ils peuvent contrôler la manière dont les monopôles magnétiques se forment et se déplacent dans les systèmes.
Être capable de manipuler les mini-aimants monopôles en 3D pourrait ouvrir toute une série d'applications, selon eux, allant du stockage informatique amélioré à la création de réseaux informatiques 3D qui imitent la structure neuronale du cerveau humain.
« Depuis plus de dix ans, les scientifiques créent et étudient la glace de spin artificielle en deux dimensions. En étendant ces systèmes à l'espace tridimensionnel, nous obtenons une représentation beaucoup plus précise de la physique des monopôles de la glace de spin et pouvons étudier l'impact des surfaces », a déclaré le Dr Sam Ladak, auteur principal de l'étude et membre de l'École de physique et d'astronomie de l'Université de Cardiff.
« C’est la première fois que quelqu’un parvient à créer une réplique 3D exacte d’une glace de spin, par conception, à l’échelle nanométrique. »
La glace de spin artificielle a été créée à l'aide de techniques de nanofabrication 3D de pointe dans lesquelles de minuscules nanofils ont été empilés en quatre couches dans une structure en treillis, qui mesurait elle-même moins que la largeur d'un cheveu humain.
Un type spécial de microscopie appelé microscopie à force magnétique, sensible au magnétisme, a ensuite été utilisé pour visualiser les charges magnétiques présentes sur l'appareil, permettant à l'équipe de suivre le mouvement des aimants unipolaires à travers la structure 3D.
« Notre travail est important car il montre que les technologies d’impression 3D à l’échelle nanométrique peuvent être utilisées pour imiter des matériaux qui sont généralement synthétisés par chimie », a poursuivi le Dr Ladak.
« À terme, ce travail pourrait fournir un moyen de produire de nouveaux métamatériaux magnétiques, où les propriétés du matériau sont ajustées en contrôlant la géométrie 3D d'un réseau artificiel.
Les dispositifs de stockage magnétique, tels que les disques durs ou les mémoires magnétiques à accès aléatoire (MRA), constituent un autre domaine susceptible d'être fortement impacté par cette avancée. Comme les dispositifs actuels n'utilisent que deux des trois dimensions disponibles, cela limite la quantité d'informations pouvant être stockées. Puisque les monopôles peuvent être déplacés sur le réseau 3D grâce à un champ magnétique, il pourrait être possible de créer un véritable dispositif de stockage 3D basé sur la charge magnétique.
Date de publication : 28 mai 2021