Para ilmuwan telah mengambil langkah menuju penciptaan perangkat canggih yang memanfaatkanmagnetik muatan dengan menciptakan replika tiga dimensi pertama dari material yang dikenal sebagai spin-ice.
Material es putar sangat tidak biasa karena memiliki apa yang disebut cacat yang berperilaku seperti kutub tunggal magnet.
Magnet kutub tunggal ini, juga dikenal sebagai kutub tunggal magnetik, tidak ada di alam; bila setiap bahan magnetik dipotong menjadi dua, maka akan selalu tercipta magnet baru dengan kutub utara dan selatan.
Selama beberapa dekade, para ilmuwan telah mencari bukti yang luas dan menyeluruh tentang keberadaanmagnetik monopole dengan harapan akhirnya mengelompokkan gaya-gaya fundamental alam ke dalam apa yang disebut teori segalanya, menempatkan seluruh fisika di bawah satu atap.
Namun, dalam beberapa tahun terakhir fisikawan telah berhasil menghasilkan versi buatan dari monopole magnetik melalui penciptaan material spin-ice dua dimensi.
Hingga saat ini, struktur-struktur ini telah berhasil menunjukkan monopole magnetik, tetapi mustahil untuk mendapatkan fisika yang sama ketika material tersebut dibatasi pada satu bidang. Geometri tiga dimensi spesifik dari kisi spin-ice inilah yang menjadi kunci kemampuannya yang luar biasa untuk menciptakan struktur-struktur kecil yang menirumagnetikmonopole.
Dalam studi baru yang diterbitkan hari ini di Nature Communications, tim yang dipimpin oleh para ilmuwan di Universitas Cardiff telah menciptakan replika 3D pertama dari material es putar menggunakan jenis pencetakan dan pemrosesan 3D yang canggih.
Tim tersebut mengatakan teknologi pencetakan 3D telah memungkinkan mereka untuk menyesuaikan geometri es putar buatan, artinya mereka dapat mengendalikan cara monopole magnetik terbentuk dan bergerak di dalam sistem.
Mereka mengatakan, kemampuan memanipulasi magnet monopole mini dalam 3D dapat membuka sejumlah besar aplikasi, mulai dari penyimpanan komputer yang ditingkatkan hingga penciptaan jaringan komputasi 3D yang meniru struktur saraf otak manusia.
"Selama lebih dari 10 tahun, para ilmuwan telah menciptakan dan mempelajari spin-ice buatan dalam dua dimensi. Dengan memperluas sistem tersebut ke tiga dimensi, kami memperoleh representasi fisika monopole spin-ice yang jauh lebih akurat dan mampu mempelajari dampak permukaan," ujar penulis utama Dr. Sam Ladak dari Fakultas Fisika dan Astronomi Universitas Cardiff.
“Ini adalah pertama kalinya seseorang mampu menciptakan replika 3D persis dari spin-ice, dengan desain, pada skala nano.”
Es putar buatan ini dibuat menggunakan teknik nanofabrikasi 3D tercanggih, di mana kawat nano kecil ditumpuk menjadi empat lapisan dalam struktur kisi, yang secara keseluruhan lebarnya kurang dari lebar rambut manusia.
Jenis mikroskopi khusus yang dikenal sebagai mikroskopi gaya magnet, yang peka terhadap magnetisme, kemudian digunakan untuk memvisualisasikan muatan magnetik yang ada pada perangkat tersebut, yang memungkinkan tim untuk melacak pergerakan magnet kutub tunggal melintasi struktur 3D.
“Penelitian kami penting karena menunjukkan bahwa teknologi pencetakan 3D skala nano dapat digunakan untuk meniru material yang biasanya disintesis melalui kimia,” lanjut Dr. Ladak.
“Pada akhirnya, penelitian ini dapat menyediakan sarana untuk menghasilkan metamaterial magnetik baru, yang sifat materialnya diatur dengan mengendalikan geometri 3D kisi buatan.
Perangkat penyimpanan magnetik, seperti hard disk drive atau perangkat memori akses acak magnetik, merupakan area lain yang dapat terdampak besar oleh terobosan ini. Karena perangkat saat ini hanya menggunakan dua dari tiga dimensi yang tersedia, hal ini membatasi jumlah informasi yang dapat disimpan. Karena monopole dapat digerakkan di sekitar kisi 3D menggunakan medan magnet, dimungkinkan untuk menciptakan perangkat penyimpanan 3D sejati berdasarkan muatan magnetik.
Waktu posting: 28 Mei 2021