Naukowcy poczynili krok w kierunku stworzenia potężnych urządzeń, które będą w stanie wykorzystaćmagnetyczny ładowania poprzez stworzenie pierwszej na świecie trójwymiarowej repliki materiału znanego jako spin-lód.
Materiały tworzące lód wirowy są niezwykle niezwykłe, ponieważ posiadają tzw. defekty, które zachowują się jak pojedynczy biegun magnesu.
Tego rodzaju jednobiegunowe magnesy, zwane też monopolami magnetycznymi, nie występują w naturze. Gdy każdy materiał magnetyczny zostanie przecięty na dwie części, zawsze powstanie nowy magnes z biegunem północnym i południowym.
Od dziesięcioleci naukowcy poszukują wszędzie dowodów na naturalne występowaniemagnetyczny monopoli, mając nadzieję, że w końcu uda się zebrać podstawowe siły natury w tzw. teorię wszystkiego i zebrać całą fizykę pod jednym dachem.
W ostatnich latach fizycy zdołali jednak wytworzyć sztuczne wersje monopolu magnetycznego poprzez stworzenie dwuwymiarowych materiałów spinowo-lodowych.
Do tej pory te struktury z powodzeniem zademonstrowały monopol magnetyczny, ale uzyskanie tej samej fizyki jest niemożliwe, gdy materiał jest ograniczony do jednej płaszczyzny. W rzeczywistości to specyficzna trójwymiarowa geometria sieci spinowo-lodowej jest kluczem do jej niezwykłej zdolności tworzenia maleńkich struktur, które naśladują…magnetycznymonopole.
W nowym badaniu opublikowanym dzisiaj w czasopiśmie Nature Communications zespół pod kierownictwem naukowców z Uniwersytetu w Cardiff stworzył pierwszą na świecie trójwymiarową replikę materiału powstałego z wirującego lodu, wykorzystując w tym celu zaawansowaną technologię druku 3D i przetwarzania.
Zespół twierdzi, że technologia druku 3D pozwoliła im dostosować geometrię sztucznego wirującego lodu, co oznacza, że mogą kontrolować sposób, w jaki tworzą się monopole magnetyczne i przemieszczają się w systemach.
Według naukowców możliwość manipulowania miniaturowymi magnesami monopolowymi w przestrzeni trójwymiarowej może otworzyć przed nimi całą gamę zastosowań, od udoskonalonej pamięci komputerowej po tworzenie trójwymiarowych sieci komputerowych imitujących strukturę neuronalną ludzkiego mózgu.
„Od ponad 10 lat naukowcy tworzą i badają sztuczny spin-lód w dwóch wymiarach. Rozszerzając takie systemy na trzy wymiary, uzyskujemy znacznie dokładniejszy obraz fizyki monopoli spin-lód i jesteśmy w stanie badać wpływ powierzchni” – powiedział główny autor, dr Sam Ladak z Wydziału Fizyki i Astronomii Uniwersytetu w Cardiff.
„To pierwszy raz, kiedy komuś udało się stworzyć dokładną, trójwymiarową replikę lodu wirowego, w skali nano”.
Sztuczny spin-lód został stworzony przy użyciu najnowocześniejszej techniki nanowytwarzania 3D, w której maleńkie nanodruty zostały ułożone w czterech warstwach w strukturze kratowej, której całkowita szerokość sama w sobie była mniejsza niż szerokość ludzkiego włosa.
Następnie zastosowano specjalny rodzaj mikroskopii, znany jako mikroskopia sił magnetycznych, która jest wrażliwa na magnetyzm, w celu uwidocznienia ładunków magnetycznych obecnych na urządzeniu. Dzięki temu zespół mógł śledzić ruch jednobiegunowych magnesów w strukturze 3D.
„Nasza praca jest ważna, ponieważ pokazuje, że technologie druku 3D w skali nano mogą być wykorzystywane do naśladowania materiałów, które zazwyczaj są syntetyzowane chemicznie” – kontynuował dr Ladak.
Ostatecznie praca ta może zapewnić sposób na produkcję nowych metamateriałów magnetycznych, w których właściwości materiału można regulować poprzez kontrolowanie geometrii 3D sztucznej sieci.
Magnetyczne urządzenia pamięci masowej, takie jak dysk twardy czy magnetyczne urządzenia pamięci RAM o swobodnym dostępie, to kolejny obszar, na który ten przełom może mieć ogromny wpływ. Ponieważ obecne urządzenia wykorzystują tylko dwa z trzech dostępnych wymiarów, ogranicza to ilość przechowywanych informacji. Ponieważ monopole można przemieszczać w trójwymiarowej sieci za pomocą pola magnetycznego, możliwe jest stworzenie prawdziwego, trójwymiarowego urządzenia pamięci masowej opartego na ładunku magnetycznym.
Czas publikacji: 28 maja 2021 r.