Vedci urobili krok k vytvoreniu výkonných zariadení, ktoré využívajúmagnetický náboj vytvorením vôbec prvej trojrozmernej repliky materiálu známeho ako spin-ice.
Materiály spinálneho ľadu sú mimoriadne nezvyčajné, pretože majú takzvané defekty, ktoré sa správajú ako jediný pól magnetu.
Tieto jednopólové magnety, známe aj ako magnetické monopóly, v prírode neexistujú; keď sa každý magnetický materiál rozreže na dva, vždy sa vytvorí nový magnet so severným a južným pólom.
Vedci už desaťročia hľadajú dôkazy o prirodzenom výskyte...magnetický monopoly v nádeji, že konečne zoskupia základné sily prírody do takzvanej teórie všetkého, čím sa celá fyzika dostane pod jednu strechu.
V posledných rokoch sa však fyzikom podarilo vytvoriť umelé verzie magnetického monopólu vytvorením dvojrozmerných spin-ice materiálov.
Doteraz tieto štruktúry úspešne preukázali magnetický monopól, ale nie je možné dosiahnuť rovnakú fyziku, keď je materiál obmedzený na jednu rovinu. V skutočnosti je to špecifická trojrozmerná geometria mriežky spin-ice, ktorá je kľúčom k jej nezvyčajnej schopnosti vytvárať drobné štruktúry, ktoré napodobňujú...magnetickýmonopoly.
V novej štúdii publikovanej dnes v časopise Nature Communications vytvoril tím vedený vedcami z Cardiffskej univerzity vôbec prvú 3D repliku materiálu typu spin-ice pomocou sofistikovaného typu 3D tlače a spracovania.
Tím tvrdí, že technológia 3D tlače im umožnila prispôsobiť geometriu umelého spin-ľadu, čo znamená, že môžu kontrolovať spôsob, akým sa magnetické monopóly tvoria a pohybujú v systémoch.
Možnosť manipulovať s mini monopolovými magnetmi v 3D by podľa nich mohla otvoriť širokú škálu aplikácií, od vylepšeného počítačového úložiska až po vytváranie 3D výpočtových sietí, ktoré napodobňujú nervovú štruktúru ľudského mozgu.
„Vedci už viac ako 10 rokov vytvárajú a študujú umelý spin-ľad v dvoch rozmeroch. Rozšírením takýchto systémov na tri rozmery získavame oveľa presnejšiu reprezentáciu fyziky spin-ľadových monopólov a sme schopní študovať vplyv povrchov,“ povedal hlavný autor Dr. Sam Ladak z Fakulty fyziky a astronómie Cardiffskej univerzity.
„Toto je prvýkrát, čo sa niekomu podarilo vytvoriť presnú 3D repliku rotujúceho ľadu, zámerne, v nanorozmeroch.“
Umelý rotačný ľad bol vytvorený pomocou najmodernejších 3D nanofabrikačných techník, pri ktorých boli drobné nanodrôty naskladané do štyroch vrstiev v mriežkovej štruktúre, ktorá sama o sebe merala celkovú šírku menšiu ako ľudský vlas.
Na vizualizáciu magnetických nábojov prítomných na zariadení sa potom použil špeciálny typ mikroskopie známej ako magnetická silová mikroskopia, ktorá je citlivá na magnetizmus, čo umožnilo tímu sledovať pohyb jednopólových magnetov v 3D štruktúre.
„Naša práca je dôležitá, pretože ukazuje, že technológie 3D tlače v nanorozmeroch možno použiť na napodobnenie materiálov, ktoré sa zvyčajne syntetizujú chemicky,“ pokračoval Dr. Ladak.
„Táto práca by v konečnom dôsledku mohla poskytnúť prostriedky na výrobu nových magnetických metamateriálov, kde sa vlastnosti materiálu ladia riadením 3D geometrie umelej mriežky.“
„Magnetické pamäťové zariadenia, ako napríklad pevný disk alebo magnetické pamäťové zariadenia s náhodným prístupom, sú ďalšou oblasťou, ktorú by tento objav mohol výrazne ovplyvniť. Keďže súčasné zariadenia používajú iba dva z troch dostupných rozmerov, obmedzuje to množstvo informácií, ktoré je možné uložiť. Keďže monopóly sa dajú pohybovať po 3D mriežke pomocou magnetického poľa, môže byť možné vytvoriť skutočné 3D pamäťové zariadenie založené na magnetickom náboji.“
Čas uverejnenia: 28. mája 2021