Znanstveniki so naredili korak k ustvarjanju zmogljivih naprav, ki izkoriščajomagnetni naboj z ustvarjanjem prve tridimenzionalne replike materiala, znanega kot spin-ice.
Spin ledeni materiali so izjemno nenavadni, saj imajo tako imenovane defekte, ki se obnašajo kot en sam pol magneta.
Ti enopolni magneti, znani tudi kot magnetni monopoli, v naravi ne obstajajo;ko je vsak magnetni material razrezan na dvoje, bo vedno ustvaril nov magnet s severnim in južnim polom.
Znanstveniki že desetletja daleč naokoli iščejo dokaze o naravnem pojavumagnetni monopole v upanju, da bodo temeljne sile narave končno združili v tako imenovano teorijo vsega in tako vso fiziko postavili pod eno streho.
Vendar pa je v zadnjih letih fizikom uspelo izdelati umetne različice magnetnega monopola z ustvarjanjem dvodimenzionalnih spin-led materialov.
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 specifična tridimenzionalna geometrija mreže spin-led tista, ki je ključna za njeno nenavadno sposobnost ustvarjanja drobnih struktur, ki posnemajomagnetnimonopoli.
V novi študiji, objavljeni danes v Nature Communications, je ekipa, ki jo vodijo znanstveniki z Univerze v Cardiffu, ustvarila prvo 3D repliko materiala spin-ice z uporabo sofisticirane vrste 3D tiskanja in obdelave.
Ekipa pravi, da jim je tehnologija 3D-tiskanja omogočila prilagoditev geometrije umetnega vrtilnega ledu, kar pomeni, da lahko nadzorujejo način oblikovanja in premikanja magnetnih monopolov v sistemih.
Zmožnost manipuliranja mini monopolnih magnetov v 3D bi lahko odprla celo vrsto aplikacij, kot pravijo, od izboljšanega računalniškega shranjevanja do ustvarjanja 3D računalniških omrežij, ki posnemajo nevronsko strukturo človeških možganov.
»Znanstveniki že več kot 10 let ustvarjajo in proučujejo umetni vrtljivi led v dveh dimenzijah.Z razširitvijo takšnih sistemov na tri dimenzije pridobimo veliko natančnejšo predstavitev fizike spin-led monopola in lahko preučujemo vpliv površin,« je povedal vodilni avtor dr. Sam Ladak s Fakultete za fiziko in astronomijo Univerze v Cardiffu.
"To je prvič, da je komu uspelo ustvariti natančno 3D repliko vrtljivega ledu, zasnovano na nanometru."
Umetni spin-led je bil ustvarjen z uporabo najsodobnejših tehnik 3D nanoizdelave, pri katerih so bile drobne nanožice zložene v štiri plasti v mrežasti strukturi, ki je sama na splošno merila manj kot širina človeškega lasu.
Posebna vrsta mikroskopije, znana kot mikroskopija z magnetno silo, ki je občutljiva na magnetizem, je bila nato uporabljena za vizualizacijo magnetnih nabojev, prisotnih na napravi, kar je ekipi omogočilo sledenje gibanju enopolnih magnetov po 3D strukturi.
»Naše delo je pomembno, saj kaže, da se tehnologije 3D-tiskanja v nanometru lahko uporabljajo za posnemanje materialov, ki se običajno sintetizirajo s kemijo,« je nadaljeval dr. Ladak.
»Navsezadnje bi to delo lahko zagotovilo sredstva za proizvodnjo novih magnetnih metamaterialov, kjer so lastnosti materiala uglašene z nadzorom 3D geometrije umetne mreže.
»Magnetne pomnilniške naprave, kot so trdi diski ali magnetne pomnilniške naprave z naključnim dostopom, so drugo 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 se monopoli lahko premikajo po 3D mreži z uporabo magnetnega polja, je morda mogoče ustvariti pravo 3D napravo za shranjevanje, ki temelji na magnetnem naboju.
Čas objave: 28. maj 2021