Znanstveniki so naredili korak k ustvarjanju zmogljivih naprav, ki izkoriščajomagnetni naboj z ustvarjanjem prve tridimenzionalne replike materiala, znanega kot spin-ice.
Materiali spin-ice so izjemno nenavadni, saj imajo tako imenovane napake, ki se obnašajo kot enojni pol magneta.
Ti enopolni magneti, znani tudi kot magnetni monopoli, v naravi ne obstajajo; ko vsak magnetni material razrežemo na dva dela, vedno ustvarimo nov magnet s severnim in južnim polom.
Znanstveniki že desetletja iščejo dokaze o naravnih pojavih.magnetni monopolov v upanju, da bodo končno združili temeljne sile narave v tako imenovano teorijo vsega in tako vso fiziko postavili pod eno streho.
Vendar pa je fizikom v zadnjih letih uspelo izdelati umetne različice magnetnega monopola z ustvarjanjem dvodimenzionalnih materialov spin-ice.
Do danes so te strukture uspešno pokazale magnetni monopol, vendar je nemogoče doseči enako fiziko, ko je material omejen na eno samo ravnino. Pravzaprav je prav specifična tridimenzionalna geometrija mreže spin-led ključna za njeno nenavadno sposobnost ustvarjanja drobnih struktur, ki posnemajomagnetnimonopoli.
V novi študiji, objavljeni danes v reviji Nature Communications, je ekipa pod vodstvom znanstvenikov z Univerze v Cardiffu ustvarila prvo 3D repliko materiala, ki se vrti v ledu, z uporabo sofisticirane vrste 3D-tiskanja in obdelave.
Ekipa pravi, da jim je tehnologija 3D-tiskanja omogočila prilagoditev geometrije umetnega vrtečega se ledu, kar pomeni, da lahko nadzorujejo način oblikovanja in premikanja magnetnih monopolov v sistemih.
Pravijo, da bi lahko manipulacija z mini monopolnimi magneti v 3D odprla celo vrsto aplikacij, od izboljšanega shranjevanja podatkov v računalniku do ustvarjanja 3D računalniških omrežij, ki posnemajo nevronsko strukturo človeških možganov.
»Znanstveniki že več kot 10 let ustvarjajo in preučujejo umetni spin-led v dveh dimenzijah. Z razširitvijo takšnih sistemov na tri dimenzije dobimo veliko natančnejšo predstavitev fizike monopolov spin-ledu in lahko preučujemo vpliv površin,« je dejal glavni avtor dr. Sam Ladak s Šole za fiziko in astronomijo Univerze v Cardiffu.
"To je prvič, da je kdorkoli lahko ustvaril natančno 3D repliko vrtečega se ledu, zasnovanega na nanoskali."
Umetni vrteči se led je bil ustvarjen z najsodobnejšimi tehnikami 3D nanofabrikacije, pri katerih so bile drobne nanožice zložene v štiri plasti v mrežasto strukturo, ki je sama po sebi merila manj kot širina človeškega lasu.
Za vizualizacijo magnetnih nabojev na napravi je bila nato uporabljena posebna vrsta mikroskopije, znana kot magnetna sila, ki je občutljiva na magnetizem, kar je ekipi omogočilo sledenje gibanju enopolnih magnetov po 3D strukturi.
»Naše delo je pomembno, saj kaže, da se lahko tehnologije 3D-tiskanja v nanometrskem merilu uporabijo za posnemanje materialov, ki se običajno sintetizirajo s kemijo,« je nadaljeval dr. Ladak.
"To delo bi lahko navsezadnje zagotovilo sredstvo za izdelavo novih magnetnih metamaterialov, kjer se lastnosti materiala uglašujejo z nadzorom 3D-geometrije umetne mreže."
»Magnetne naprave za shranjevanje, kot so trdi diski ali magnetni pomnilniki z naključnim dostopom, so še eno področje, na katerega bi lahko ta preboj močno vplival. Ker trenutne naprave uporabljajo le dve od treh razpoložljivih dimenzij, to omejuje količino informacij, ki jih je mogoče shraniti. Ker je monopole mogoče premikati po 3D-mreži z magnetnim poljem, bi bilo morda mogoče ustvariti pravo 3D-napravo za shranjevanje, ki temelji na magnetnem naboju.«
Čas objave: 28. maj 2021