Gli scienziati hanno fatto un passo avanti verso la creazione di dispositivi potenti che sfruttanomagnetico carica creando la prima replica tridimensionale di un materiale noto come spin-ice.
I materiali del ghiaccio spin sono estremamente insoliti in quanto presentano dei cosiddetti difetti che si comportano come il singolo polo di un magnete.
Questi magneti unipolari, noti anche come monopoli magnetici, non esistono in natura; quando ogni materiale magnetico viene tagliato in due, si creerà sempre un nuovo magnete con un polo nord e un polo sud.
Per decenni gli scienziati hanno cercato in lungo e in largo prove di fenomeni naturalimagnetico monopoli nella speranza di raggruppare finalmente le forze fondamentali della natura in una cosiddetta teoria del tutto, riunendo tutta la fisica sotto lo stesso tetto.
Tuttavia, negli ultimi anni i fisici sono riusciti a produrre versioni artificiali di un monopolo magnetico attraverso la creazione di materiali di ghiaccio di spin bidimensionali.
Finora queste strutture hanno dimostrato con successo un monopolo magnetico, ma è impossibile ottenere la stessa fisica quando il materiale è confinato su un singolo piano. In effetti, è la specifica geometria tridimensionale del reticolo di spin-ice a essere la chiave della sua insolita capacità di creare minuscole strutture che imitanomagneticomonopoli.
In un nuovo studio pubblicato oggi su Nature Communications, un team guidato da scienziati dell'Università di Cardiff ha creato la prima replica 3D di un materiale di spin-ice utilizzando un sofisticato tipo di stampa e lavorazione 3D.
Il team afferma che la tecnologia di stampa 3D ha permesso loro di personalizzare la geometria dello spin-ice artificiale, il che significa che possono controllare il modo in cui i monopoli magnetici vengono formati e spostati nei sistemi.
Secondo loro, riuscire a manipolare i mini magneti monopolari in 3D potrebbe aprire le porte a una serie di applicazioni, dalla memorizzazione avanzata dei dati nei computer alla creazione di reti di elaborazione 3D che imitano la struttura neurale del cervello umano.
"Per oltre 10 anni gli scienziati hanno creato e studiato il ghiaccio di spin artificiale in due dimensioni. Estendendo tali sistemi a tre dimensioni, otteniamo una rappresentazione molto più accurata della fisica del monopolo del ghiaccio di spin e siamo in grado di studiare l'impatto delle superfici", ha affermato l'autore principale, il Dott. Sam Ladak della Facoltà di Fisica e Astronomia dell'Università di Cardiff.
"Questa è la prima volta che qualcuno è riuscito a creare una replica 3D esatta di uno spin-ice, su scala nanometrica."
Lo spin-ice artificiale è stato creato utilizzando tecniche di nanofabbricazione 3D all'avanguardia, in cui minuscoli nanofili sono stati impilati in quattro strati in una struttura reticolare, la cui larghezza complessiva è inferiore a quella di un capello umano.
È stato quindi utilizzato un tipo speciale di microscopia, nota come microscopia a forza magnetica, sensibile al magnetismo, per visualizzare le cariche magnetiche presenti sul dispositivo, consentendo al team di tracciare il movimento dei magneti unipolari attraverso la struttura 3D.
"Il nostro lavoro è importante perché dimostra che le tecnologie di stampa 3D su scala nanometrica possono essere utilizzate per imitare materiali che solitamente vengono sintetizzati chimicamente", ha continuato il dott. Ladak.
“In definitiva, questo lavoro potrebbe fornire un mezzo per produrre nuovi metamateriali magnetici, in cui le proprietà del materiale vengono regolate controllando la geometria 3D di un reticolo artificiale.
"I dispositivi di archiviazione magnetica, come i dischi rigidi o i dispositivi di memoria ad accesso casuale (RAM), sono un altro settore che potrebbe essere fortemente influenzato da questa svolta. Poiché i dispositivi attuali utilizzano solo due delle tre dimensioni disponibili, ciò limita la quantità di informazioni che possono essere memorizzate. Poiché i monopoli possono essere spostati lungo il reticolo tridimensionale utilizzando un campo magnetico, potrebbe essere possibile creare un vero e proprio dispositivo di archiviazione 3D basato sulla carica magnetica."
Data di pubblicazione: 28 maggio 2021