Les scientifiques ont fait un pas en avant vers la création de dispositifs 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 que l'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, cela crée toujours un nouvel aimant avec un pôle nord et sud.
Depuis des décennies, les scientifiques recherchent partout des preuves de l'existence naturelle demagnétique 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.
Jusqu’à présent, 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 qui imitentmagnétiquemonopoles.
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 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 artificielle, ce qui signifie qu’elle peut contrôler la façon dont les monopôles magnétiques sont formés et déplacés dans les systèmes.
Être capable de manipuler les mini-aimants monopôles en 3D pourrait ouvrir la voie à toute une série d'applications, allant du stockage informatique amélioré à la création de réseaux informatiques 3D imitant la structure neuronale du cerveau humain.
« Depuis plus de 10 ans, les scientifiques créent et étudient la glace artificielle en deux dimensions.En étendant ces systèmes aux dimensions tridimensionnelles, nous obtenons une représentation beaucoup plus précise de la physique des monopôles de glace de spin et sommes en mesure d'étudier l'impact des surfaces », a déclaré l'auteur principal, le Dr Sam Ladak de l'École de physique et d'astronomie de l'Université de Cardiff.
"C'est la première fois que quelqu'un est capable de créer une réplique exacte en 3D d'une glace de spin, de par sa conception, à l'échelle nanométrique."
La glace 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 elle-même mesurait moins que la largeur totale d'un cheveu humain.
Un type spécial de microscopie connue sous le nom de microscopie à force magnétique, sensible au magnétisme, a ensuite été utilisé pour visualiser les charges magnétiques présentes sur l'appareil, permettant ainsi à l'équipe de suivre le mouvement des aimants unipolaires à travers la structure 3D.
« Nos travaux sont importants car ils montrent que les technologies d’impression 3D à l’échelle nanométrique peuvent être utilisées pour imiter des matériaux habituellement synthétisés par voie chimique », a poursuivi le Dr Ladak.
« À terme, ces travaux pourraient fournir un moyen de produire de nouveaux métamatériaux magnétiques, dont les propriétés matérielles sont ajustées en contrôlant la géométrie 3D d’un réseau artificiel.
« Les périphériques de stockage magnétiques, tels qu'un disque dur ou des dispositifs de mémoire vive magnétique, sont un autre domaine qui pourrait être massivement impacté par cette avancée.Comme les appareils actuels n’utilisent que deux des trois dimensions disponibles, cela limite la quantité d’informations pouvant être stockées.Puisque les monopôles peuvent être déplacés autour du réseau 3D à l’aide d’un champ magnétique, il pourrait être possible de créer un véritable dispositif de stockage 3D basé sur la charge magnétique.
Heure de publication : 28 mai 2021