Oamenii de știință au făcut un pas către crearea unor dispozitive puternice care valorificămagnetic încărcare prin crearea primei replici tridimensionale a unui material cunoscut sub numele de gheață de spin.
Materialele de gheață de spin sunt extrem de neobișnuite, deoarece posedă așa-numitele defecte care se comportă ca un singur pol al unui magnet.
Acești magneți cu un singur poli, cunoscuți și sub denumirea de monopoli magnetici, nu există în natură; atunci când fiecare material magnetic este tăiat în două, se va crea întotdeauna un nou magnet cu un pol nord și unul sud.
Timp de decenii, oamenii de știință au căutat îndelung dovezi ale existenței naturalemagnetic monopoluri în speranța de a grupa în sfârșit forțele fundamentale ale naturii într-o așa-numită teorie a tuturor lucrurilor, punând toată fizica sub un singur acoperiș.
Cu toate acestea, în ultimii ani, fizicienii au reușit să producă versiuni artificiale ale unui monopol magnetic prin crearea de materiale bidimensionale de tip spin-gheață.
Până în prezent, aceste structuri au demonstrat cu succes existența unui monopol magnetic, dar este imposibil să se obțină aceeași fizică atunci când materialul este limitat la un singur plan. Într-adevăr, geometria tridimensională specifică a rețelei de spin-gheață este esențială pentru capacitatea sa neobișnuită de a crea structuri minuscule care imită...magneticmonopoluri.
Într-un nou studiu publicat astăzi în Nature Communications, o echipă condusă de oameni de știință de la Universitatea Cardiff a creat prima replică 3D a unui material de tip spin-ice folosind un tip sofisticat de imprimare și procesare 3D.
Echipa spune că tehnologia de imprimare 3D le-a permis să adapteze geometria spin-gheții artificiale, ceea ce înseamnă că pot controla modul în care monopolii magnetici se formează și se mișcă în sisteme.
Capacitatea de a manipula mini-magneții monopolari în 3D ar putea deschide o întreagă gamă de aplicații, spun ei, de la stocarea îmbunătățită a datelor pe computer până la crearea de rețele de calcul 3D care imită structura neuronală a creierului uman.
„De peste 10 ani, oamenii de știință au creat și studiat gheața artificială de spin în două dimensiuni. Prin extinderea unor astfel de sisteme la trei dimensiuni, obținem o reprezentare mult mai precisă a fizicii monopolului de spin și suntem capabili să studiem impactul suprafețelor”, a declarat autorul principal, Dr. Sam Ladak, de la Școala de Fizică și Astronomie a Universității Cardiff.
„Aceasta este prima dată când cineva a reușit să creeze o replică 3D exactă a unui spin-gheață, prin proiectare, la scară nanometrică.”
Gheața artificială de spin a fost creată folosind tehnici de nanofabricare 3D de ultimă generație, în care nanofire minuscule au fost stivuite în patru straturi într-o structură reticulară, care la rândul ei măsura mai puțin decât lățimea totală a unui fir de păr uman.
Un tip special de microscopie, cunoscut sub numele de microscopie cu forță magnetică, care este sensibilă la magnetism, a fost apoi utilizat pentru a vizualiza sarcinile magnetice prezente pe dispozitiv, permițând echipei să urmărească mișcarea magneților unipolari pe structura 3D.
„Munca noastră este importantă, deoarece demonstrează că tehnologiile de imprimare 3D la nanoscală pot fi utilizate pentru a imita materiale care sunt de obicei sintetizate prin chimie”, a continuat Dr. Ladak.
„În cele din urmă, această lucrare ar putea oferi un mijloc de a produce metamateriale magnetice noi, în care proprietățile materialului sunt reglate prin controlul geometriei 3D a unei rețele artificiale.”
„Dispozitivele de stocare magnetică, cum ar fi un hard disk sau dispozitivele de memorie magnetică cu acces aleatoriu, reprezintă un alt domeniu care ar putea fi puternic afectat de această descoperire. Deoarece dispozitivele actuale utilizează doar două din cele trei dimensiuni disponibile, acest lucru limitează cantitatea de informații care poate fi stocată. Deoarece monopolii pot fi deplasați în jurul rețelei 3D folosind un câmp magnetic, ar putea fi posibilă crearea unui adevărat dispozitiv de stocare 3D bazat pe sarcina magnetică.”
Data publicării: 28 mai 2021