科学者たちは、磁気 スピンアイスと呼ばれる物質の初めての三次元レプリカを作成することで電荷を蓄えました。
スピンアイス材料は、磁石の単極として動作するいわゆる欠陥を備えているため、非常に珍しい物質です。
磁気単極子としても知られるこれらの単極磁石は、自然界には存在しません。すべての磁性材料を 2 つに切ると、必ず N 極と S 極を持つ新しい磁石が生成されます。
数十年にわたり、科学者たちは自然発生的な証拠を広範囲にわたって探してきた。磁気 モノポールは、最終的には自然界の基本的な力をいわゆる万物の理論にまとめ、物理学のすべてを一つにまとめることを期待して作られました。
しかし近年、物理学者は二次元スピンアイス物質の作成を通じて人工的な磁気単極子を作り出すことに成功しました。
これまでにこれらの構造は磁気単極子の実現に成功しているが、物質が単一平面内に閉じ込められた状態では、同じ物理現象を得ることは不可能である。実際、スピンアイス格子の特殊な三次元形状こそが、磁気単極子を模倣した微小構造を作り出すという並外れた能力の鍵となっている。磁気モノポール。
本日ネイチャー・コミュニケーションズ誌に掲載された新しい研究によると、カーディフ大学の科学者が率いるチームは、高度な3Dプリンティングと処理技術を用いて、スピンアイス素材の初めての3Dレプリカを作成した。
研究チームによれば、3Dプリント技術によって人工スピンアイスの形状をカスタマイズできるようになり、システム内で磁気単極子が形成され移動する方法も制御できるという。
ミニモノポール磁石を3Dで操作できるようになると、コンピューターストレージの強化から人間の脳の神経構造を模倣した3Dコンピューティングネットワークの作成まで、さまざまなアプリケーションの可能性が広がる可能性があるという。
「10年以上にわたり、科学者たちは2次元の人工スピンアイスを作製し、研究してきました。こうしたシステムを3次元に拡張することで、スピンアイスモノポールの物理をより正確に表現し、表面の影響を研究することが可能になります」と、カーディフ大学物理天文学部の筆頭著者であるサム・ラダック博士は述べています。
「スピンアイスの正確な3Dレプリカを、意図的にナノスケールで作成できたのは、これが初めてです。」
この人工スピンアイスは、最先端の3Dナノ加工技術を使って作られたもので、微細なナノワイヤを格子構造で4層に積み重ねたもので、その全体の大きさは人間の髪の毛の幅よりも小さい。
次に、磁気に敏感な磁気力顕微鏡と呼ばれる特殊なタイプの顕微鏡を使用して、デバイス上の磁荷を視覚化し、研究チームが3D構造全体にわたる単極磁石の動きを追跡できるようにしました。
「私たちの研究は、ナノスケールの3Dプリンティング技術を使用して、通常は化学によって合成される材料を模倣できることを示している点で重要です」とラダック博士は続けた。
「最終的に、この研究は、人工格子の3D形状を制御することで材料特性を調整できる、新たな磁性メタマテリアルを生産する手段を提供できる可能性があります。
ハードディスクドライブや磁気ランダムアクセスメモリなどの磁気記憶装置も、この画期的な進歩によって大きな影響を受ける可能性のある分野の一つです。現在の装置は3次元のうち2次元しか利用していないため、記憶できる情報量が限られています。モノポールは磁場を用いて3次元格子上で移動させることができるため、磁荷に基づく真の3次元記憶装置を実現できる可能性があります。
投稿日時: 2021年5月28日