Naukowcy zrobili krok w kierunku stworzenia potężnych urządzeń wykorzystujących energięmagnetyczny naładować, tworząc pierwszą w historii trójwymiarową replikę materiału zwanego lodem spinowym.
Materiały z lodu wirującego są niezwykle niezwykłe, ponieważ posiadają tak zwane defekty, które zachowują się jak pojedynczy biegun magnesu.
Te magnesy jednobiegunowe, znane również jako monopole magnetyczne, nie istnieją w przyrodzie;kiedy każdy materiał magnetyczny zostanie przecięty na dwie części, zawsze utworzy nowy magnes z biegunem północnym i południowym.
Przez dziesięciolecia naukowcy szukali daleko i szeroko dowodów na ich naturalne występowaniemagnetyczny monopole w nadziei, że ostatecznie zgrupują podstawowe siły natury w tak zwaną teorię wszystkiego, umieszczając całą fizykę pod jednym dachem.
Jednak w ostatnich latach fizycy zdołali wytworzyć sztuczne wersje monopolu magnetycznego poprzez utworzenie dwuwymiarowych materiałów wirowo-lodowych.
Do tej pory struktury te z powodzeniem wykazały monopol magnetyczny, ale niemożliwe jest uzyskanie tej samej fizyki, gdy materiał jest ograniczony do jednej płaszczyzny.Rzeczywiście, to właśnie specyficzna trójwymiarowa geometria sieci spinowo-lodowej jest kluczem do jej niezwykłej zdolności do tworzenia maleńkich struktur imitującychmagnetycznymonopole.
W nowym badaniu opublikowanym dzisiaj w Nature Communications zespół kierowany przez naukowców z Uniwersytetu w Cardiff stworzył pierwszą w historii replikę 3D materiału wirującego lodu, stosując wyrafinowany rodzaj drukowania i przetwarzania 3D.
Zespół twierdzi, że technologia druku 3D pozwoliła mu dostosować geometrię sztucznego lodu spinowego, co oznacza, że może kontrolować sposób tworzenia i przemieszczania się monopoli magnetycznych w układach.
Możliwość manipulowania magnesami mini-monopolowymi w 3D może otworzyć cały szereg zastosowań, od ulepszonej pamięci komputera po tworzenie sieci komputerowych 3D naśladujących strukturę neuronową ludzkiego mózgu.
„Od ponad 10 lat naukowcy tworzą i badają sztuczny lód spinowy w dwóch wymiarach.Rozszerzając takie systemy do trzech wymiarów, uzyskujemy znacznie dokładniejszą reprezentację fizyki monopolu spinowego lodu i jesteśmy w stanie badać wpływ powierzchni” – powiedział główny autor, dr Sam Ladak z Wydziału Fizyki i Astronomii Uniwersytetu w Cardiff.
„Po raz pierwszy komukolwiek udało się stworzyć dokładną replikę 3D lodu wirowego, zgodnie z projektem, w nanoskali”.
Sztuczny lód spinowy stworzono przy użyciu najnowocześniejszych technik nanofabrykacji 3D, w których maleńkie nanodruty ułożono w cztery warstwy w strukturze siatkowej, której całkowita szerokość była mniejsza niż ludzki włos.
Następnie wykorzystano specjalny rodzaj mikroskopii, znany jako mikroskopia sił magnetycznych, który jest wrażliwy na magnetyzm, do wizualizacji ładunków magnetycznych obecnych w urządzeniu, co umożliwiło zespołowi śledzenie ruchu magnesów jednobiegunowych w strukturze 3D.
„Nasza praca jest ważna, ponieważ pokazuje, że technologie druku 3D w nanoskali można wykorzystać do naśladowania materiałów, które zwykle są syntetyzowane chemicznie” – kontynuował dr Ladak.
„Docelowo prace te mogą zapewnić sposób na produkcję nowatorskich metamateriałów magnetycznych, których właściwości materiału są dostrajane poprzez kontrolowanie geometrii 3D sztucznej sieci.
„Magnetyczne urządzenia pamięci masowej, takie jak dyski twarde lub magnetyczne urządzenia pamięci o dostępie swobodnym, to kolejny obszar, na który to przełom może mieć ogromny wpływ.Ponieważ obecne urządzenia wykorzystują tylko dwa z trzech dostępnych wymiarów, ogranicza to ilość informacji, które można przechowywać.Ponieważ monopole można przesuwać po siatce 3D za pomocą pola magnetycznego, możliwe jest stworzenie prawdziwego urządzenia przechowującego 3D w oparciu o ładunek magnetyczny”.
Czas publikacji: 28 maja 2021 r