• ziņas

Izrāviens 3D magnētiskajās nanostruktūrās varētu pārveidot mūsdienu skaitļošanu

Zinātnieki ir spēruši soli ceļā uz jaudīgu ierīču izveidi, kas izmantomagnētisks lādiņu, radot pirmo jebkad trīsdimensiju materiāla, kas pazīstams kā spin-ledus, kopiju.

Spin-ledus materiāli ir ārkārtīgi neparasti, jo tiem piemīt tā sauktie defekti, kas uzvedas kā magnēta vienīgais pols.

Šie vienpola magnēti, kas pazīstami arī kā magnētiskie monopoli, dabā nepastāv; kad katrs magnētiskais materiāls tiek sagriezts divās daļās, tas vienmēr radīs jaunu magnētu ar ziemeļu un dienvidu polu.

Jau gadu desmitiem zinātnieki ir meklējuši pierādījumus par dabiski sastopamiem...magnētisks monopoli cerībā beidzot apvienot dabas fundamentālos spēkus tā sauktajā visa teorijā, novietojot visu fiziku zem viena jumta.

Tomēr pēdējos gados fiziķiem ir izdevies radīt mākslīgas magnētiskā monopola versijas, izveidojot divdimensiju spin-ledus materiālus.

Līdz šim šīs struktūras ir veiksmīgi demonstrējušas magnētisko monopolu, taču nav iespējams iegūt tādu pašu fiziku, ja materiāls ir ierobežots vienā plaknē. Patiešām, tieši spin-ledus režģa specifiskā trīsdimensiju ģeometrija ir galvenais iemesls tā neparastajai spējai radīt sīkas struktūras, kas atdarinamagnētisksmonopoli.

Jaunā pētījumā, kas šodien publicēts žurnālā Nature Communications, Kārdifas Universitātes zinātnieku komanda ir izveidojusi pirmo griešanās ledus materiāla 3D kopiju, izmantojot sarežģītu 3D drukāšanas un apstrādes veidu.

Komanda apgalvo, ka 3D drukāšanas tehnoloģija ir ļāvusi viņiem pielāgot mākslīgā spin-ledus ģeometriju, kas nozīmē, ka viņi var kontrolēt magnētisko monopolu veidošanos un pārvietošanos sistēmās.

Spēja manipulēt ar miniatūriem monopola magnētiem 3D formātā varētu pavērt veselu virkni pielietojumu, sākot no uzlabotas datoru atmiņas līdz 3D skaitļošanas tīklu izveidei, kas atdarina cilvēka smadzeņu neironu struktūru.

“Vairāk nekā 10 gadus zinātnieki ir radījuši un pētījuši mākslīgo spin-ledu divās dimensijās. Paplašinot šādas sistēmas līdz trīs dimensijām, mēs iegūstam daudz precīzāku spin-ledus monopola fizikas attēlojumu un spējam pētīt virsmu ietekmi,” sacīja vadošais autors Dr. Sems Ladaks no Kārdifas Universitātes Fizikas un astronomijas skolas.

"Šī ir pirmā reize, kad kādam ir izdevies pēc dizaina izveidot precīzu griešanās ledus 3D kopiju nanoskalā."

Mākslīgais spin-ledus tika izveidots, izmantojot modernākās 3D nanofabricēšanas metodes, kurās sīkas nanodrātis tika sakrautas četros slāņos režģa struktūrā, kuras kopējais platums bija mazāks par cilvēka matu.

Pēc tam tika izmantots īpašs mikroskopijas veids, kas pazīstams kā magnētiskā spēka mikroskopija, kas ir jutīga pret magnētismu, lai vizualizētu ierīcē esošos magnētiskos lādiņus, ļaujot komandai izsekot vienpola magnētu kustībai pāri 3D struktūrai.

“Mūsu darbs ir svarīgs, jo tas parāda, ka nanoskalas 3D drukāšanas tehnoloģijas var izmantot, lai atdarinātu materiālus, kas parasti tiek sintezēti ķīmiski,” turpināja Dr. Ladaks.

"Galu galā šis darbs varētu nodrošināt līdzekļus jaunu magnētisku metamateriālu radīšanai, kur materiāla īpašības tiek regulētas, kontrolējot mākslīgā režģa 3D ģeometriju."

"Magnētiskās atmiņas ierīces, piemēram, cietais disks vai magnētiskās brīvpiekļuves atmiņas ierīces, ir vēl viena joma, ko šis sasniegums varētu būtiski ietekmēt. Tā kā pašreizējās ierīces izmanto tikai divas no trim pieejamajām dimensijām, tas ierobežo uzglabājamās informācijas apjomu. Tā kā monopolus var pārvietot pa 3D režģi, izmantojot magnētisko lauku, varētu būt iespējams izveidot patiesu 3D atmiņas ierīci, kuras pamatā ir magnētiskais lādiņš."


Publicēšanas laiks: 2021. gada 28. maijs