A tudósok lépést tettek afelé, hogy olyan nagy teljesítményű eszközöket hozzanak létre, amelyek kihasználják a...mágneses töltést azáltal, hogy létrehozták a spin-jégként ismert anyag első háromdimenziós másolatát.
A spinjég anyagok rendkívül szokatlanok, mivel úgynevezett hibákkal rendelkeznek, amelyek egy mágnes egyetlen pólusához hasonlóan viselkednek.
Ezek az egypólusú mágnesek, más néven mágneses monopólusok, nem léteznek a természetben; amikor minden mágneses anyagot kettévágunk, mindig egy új mágnes jön létre, amelynek van északi és déli pólusa.
A tudósok évtizedek óta keresik a természetben előforduló bizonyítékokat.mágneses monopóliumokat abban a reményben, hogy végre a természet alapvető erőit egy úgynevezett mindent átfogó elméletbe csoportosíthatják, és az egész fizikát egy fedél alá vonhatják.
Az utóbbi években azonban a fizikusoknak sikerült mesterséges mágneses monopólusokat előállítaniuk kétdimenziós spinjég anyagok létrehozásával.
Eddig ezek a struktúrák sikeresen demonstrálták a mágneses monopólust, de lehetetlen ugyanezt a fizikát elérni, ha az anyag egyetlen síkba van korlátozva. Valójában a spin-jég rács sajátos háromdimenziós geometriája kulcsfontosságú ahhoz a szokatlan képességéhez, hogy olyan apró struktúrákat hozzon létre, amelyek utánozzák amágnesesmonopóliumok.
A Nature Communications című folyóiratban ma megjelent új tanulmányban a Cardiffi Egyetem tudósai által vezetett csapat kifinomult 3D nyomtatási és feldolgozási módszerrel létrehozta egy spin-jég anyag első 3D-s másolatát.
A csapat szerint a 3D nyomtatási technológia lehetővé tette számukra a mesterséges spinjég geometriájának testreszabását, ami azt jelenti, hogy szabályozhatják a mágneses monopólusok kialakulásának és mozgásának módját a rendszerekben.
A mini monopólusmágnesek 3D-s manipulálása számos alkalmazási lehetőséget nyithat meg, a továbbfejlesztett számítógépes tárhelytől kezdve az emberi agy idegi szerkezetét utánzó 3D-s számítógépes hálózatok létrehozásáig.
„A tudósok több mint 10 éve hoznak létre és tanulmányoznak mesterséges spin-jeget két dimenzióban. Az ilyen rendszerek háromdimenziósra való kiterjesztésével sokkal pontosabb képet kapunk a spin-jég monopólusfizikájáról, és képesek vagyunk tanulmányozni a felületek hatását” – mondta Dr. Sam Ladak, a tanulmány vezető szerzője, a Cardiffi Egyetem Fizikai és Csillagászati Karáról.
„Ez az első alkalom, hogy bárkinek sikerült egy spinjég pontos 3D-s másolatát nanoskálán, tervezés útján létrehoznia.”
A mesterséges spin-jeget a legmodernebb 3D nanogyártási technikákkal állították elő, amelyek során apró nanoszálakat négy rétegbe raktak egy rácsos szerkezetben, amely maga is kevesebb volt, mint egy emberi hajszál szélessége.
Egy speciális mikroszkópiát, az úgynevezett mágneses erőmikroszkópiát, amely érzékeny a mágnesességre, ezután használtak a készüléken jelenlévő mágneses töltések vizualizálására, lehetővé téve a csapat számára, hogy nyomon kövesse az egypólusú mágnesek mozgását a 3D-s szerkezeten.
„Munkánk azért fontos, mert megmutatja, hogy a nanoskálájú 3D nyomtatási technológiák felhasználhatók olyan anyagok utánzására, amelyeket általában kémiai úton szintetizálnak” – folytatta Dr. Ladak.
„Végső soron ez a munka lehetőséget adhat új mágneses metaanyagok előállítására, ahol az anyagtulajdonságokat egy mesterséges rács 3D geometriájának szabályozásával hangolják.”
„A mágneses adattároló eszközök, mint például a merevlemez-meghajtó vagy a mágneses véletlen hozzáférésű memóriaeszközök, egy másik olyan terület, amelyre nagy hatással lehet ez az áttörés. Mivel a jelenlegi eszközök a három elérhető dimenzió közül csak kettőt használnak, ez korlátozza a tárolható információk mennyiségét. Mivel a monopólusok mágneses mező segítségével mozgathatók a 3D-s rács körül, lehetséges lehet egy valódi 3D-s adattároló eszköz létrehozása mágneses töltés alapján.”
Közzététel ideje: 2021. május 28.