科学者たちは、磁気 スピンアイスとして知られる物質の史上初の三次元レプリカを作成することで充電します。
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持っているため、非常に珍しいです。
これらの単極磁石は磁気単極とも呼ばれ、自然界には存在しません。すべての磁性材料を 2 つに切断すると、常に N 極と S 極を備えた新しい磁石が作成されます。
何十年もの間、科学者たちは自然発生の証拠を広範囲に探してきました。磁気 モノポールは、最終的に自然の基本的な力をいわゆる万物の理論にグループ化し、すべての物理学を 1 つの屋根の下に置くことを期待しています。
しかし、近年、物理学者は二次元スピンアイス材料の作成を通じて、磁気単極子の人工バージョンを作り出すことに成功しました。
現在まで、これらの構造は磁気単極子の実証に成功していますが、材料が単一の平面に閉じ込められている場合、同じ物理現象を得るのは不可能です。実際、スピンアイス格子の特殊な三次元幾何学形状こそが、スピンアイス格子を模倣した小さな構造を作り出すその異常な能力の鍵となるのです。磁気モノポール。
Nature Communications に本日発表された新しい研究では、カーディフ大学の科学者が率いるチームが、高度なタイプの 3D プリンティングと処理を使用して、スピンアイス材料の史上初の 3D レプリカを作成しました。
研究チームは、3Dプリンティング技術により人工スピンアイスの形状を調整できるようになり、磁気単極子の形成方法やシステム内での移動方法を制御できると述べている。
ミニモノポール磁石を3Dで操作できるようになれば、コンピュータストレージの強化から人間の脳の神経構造を模倣する3Dコンピューティングネットワークの作成に至るまで、数多くの応用が可能になる可能性があるという。
「10年以上にわたり、科学者たちは二次元で人工スピンアイスを作成し、研究してきました。このようなシステムを三次元に拡張することで、スピンアイスモノポール物理学をより正確に表現できるようになり、表面の影響を研究できるようになります」と、主著者であるカーディフ大学物理天文学部のサム・ラダック博士は述べています。
「設計上、ナノスケールでスピンアイスの正確な 3D レプリカを作成できたのはこれが初めてです。」
人工スピンアイスは、最先端の 3D ナノ加工技術を使用して作成されました。この技術では、小さなナノワイヤーが格子構造で 4 層に積み重ねられ、その幅自体は全体の髪の毛の幅よりも小さくなっています。
次に、磁力顕微鏡として知られる磁気に敏感な特殊なタイプの顕微鏡を使用して、デバイス上に存在する磁荷を視覚化し、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 3D プリンティング技術を使用して、通常は化学で合成される材料を模倣できることを示しているため、重要です」とラダック博士は続けました。
「最終的に、この研究は、人工格子の 3D 形状を制御することによって材料特性が調整される、新しい磁性メタマテリアルを生成する手段を提供す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デバイスなどの磁気記憶装置も、このブレークスルーによって大きな影響を受ける可能性のある分野です。現在のデバイスは利用可能な 3 つの次元のうち 2 つだけを使用するため、保存できる情報の量が制限されます。モノポールは磁場を使用して 3D 格子上で移動できるため、磁荷に基づいた真の 3D ストレージ デバイスを作成できる可能性があります。」
投稿時間: 2021 年 5 月 28 日