Os cientistas deram um passo em direção à criação de dispositivos poderosos que aproveitammagnético carga criando a primeira réplica tridimensional de um material conhecido como gelo de spin.
Os materiais de gelo giratório são extremamente incomuns, pois possuem os chamados defeitos que se comportam como o único polo de um ímã.
Esses ímãs unipolares, também conhecidos como monopolos magnéticos, não existem na natureza; quando cada material magnético é cortado em dois, ele sempre criará um novo ímã com um polo norte e um polo sul.
Durante décadas, os cientistas têm procurado em toda parte evidências de ocorrência naturalmagnético monopolos na esperança de finalmente agrupar as forças fundamentais da natureza em uma chamada teoria de tudo, colocando toda a física sob o mesmo teto.
Entretanto, nos últimos anos, os físicos conseguiram produzir versões artificiais de um monopolo magnético por meio da criação de materiais de gelo de spin bidimensionais.
Até o momento, essas estruturas demonstraram com sucesso um monopolo magnético, mas é impossível obter a mesma física quando o material está confinado a um único plano. De fato, é a geometria tridimensional específica da rede de gelo de spin que é fundamental para sua capacidade incomum de criar estruturas minúsculas que imitammagnéticomonopolos.
Em um novo estudo publicado hoje na Nature Communications, uma equipe liderada por cientistas da Universidade de Cardiff criou a primeira réplica 3D de um material de gelo de spin usando um tipo sofisticado de impressão e processamento 3D.
A equipe diz que a tecnologia de impressão 3D permitiu que eles adaptassem a geometria do gelo artificial, o que significa que eles podem controlar a maneira como os monopolos magnéticos são formados e movidos nos sistemas.
Ser capaz de manipular os mini ímãs monopolares em 3D poderia abrir uma série de aplicações, dizem eles, desde armazenamento aprimorado de computadores até a criação de redes de computação 3D que imitam a estrutura neural do cérebro humano.
"Há mais de 10 anos, cientistas vêm criando e estudando gelo de spin artificial em duas dimensões. Ao estender esses sistemas para três dimensões, obtemos uma representação muito mais precisa da física monopolar do gelo de spin e conseguimos estudar o impacto das superfícies", disse o autor principal, Dr. Sam Ladak, da Escola de Física e Astronomia da Universidade de Cardiff.
“Esta é a primeira vez que alguém conseguiu criar uma réplica 3D exata de um gelo giratório, por design, em nanoescala.”
O gelo artificial foi criado usando técnicas de nanofabricação 3D de última geração, nas quais minúsculos nanofios foram empilhados em quatro camadas em uma estrutura de treliça, que por sua vez media menos que a largura de um fio de cabelo humano.
Um tipo especial de microscopia conhecido como microscopia de força magnética, que é sensível ao magnetismo, foi então usado para visualizar as cargas magnéticas presentes no dispositivo, permitindo que a equipe rastreasse o movimento dos ímãs unipolares pela estrutura 3D.
“Nosso trabalho é importante porque mostra que tecnologias de impressão 3D em nanoescala podem ser usadas para imitar materiais que geralmente são sintetizados por meio da química”, continuou o Dr. Ladak.
“Em última análise, este trabalho pode fornecer um meio de produzir novos metamateriais magnéticos, onde as propriedades do material são ajustadas pelo controle da geometria 3D de uma rede artificial.
Dispositivos de armazenamento magnético, como discos rígidos ou dispositivos de memória magnética de acesso aleatório, são outra área que pode ser fortemente impactada por esse avanço. Como os dispositivos atuais usam apenas duas das três dimensões disponíveis, isso limita a quantidade de informação que pode ser armazenada. Como os monopolos podem ser movidos pela rede 3D usando um campo magnético, pode ser possível criar um verdadeiro dispositivo de armazenamento 3D baseado em carga magnética.
Data de publicação: 28 de maio de 2021