Gumawa na ng hakbang ang mga siyentipiko tungo sa paglikha ng mga makapangyarihang aparato na gumagamit ngmagnetiko karga sa pamamagitan ng paglikha ng kauna-unahang three-dimensional na replika ng isang materyal na kilala bilang spin-ice.
Ang mga materyales na gawa sa spin ice ay lubhang kakaiba dahil mayroon ang mga ito ng tinatawag na mga depekto na kumikilos bilang nag-iisang polo ng isang magnet.
Ang mga single pole magnet na ito, na kilala rin bilang magnetic monopole, ay hindi umiiral sa kalikasan; kapag ang bawat magnetic material ay pinutol sa dalawa, palagi itong lilikha ng isang bagong magnet na may north at south pole.
Sa loob ng maraming dekada, ang mga siyentipiko ay naghahanap sa malayong lugar ng ebidensya ng natural na nagaganap na...magnetiko mga monopolyo sa pag-asang sa wakas ay mapagsama-sama ang mga pundamental na puwersa ng kalikasan sa isang tinatawag na teorya ng lahat ng bagay, na paglalagay ng lahat ng pisika sa ilalim ng iisang bubong.
Gayunpaman, sa mga nakaraang taon, nagawa ng mga pisiko na makagawa ng mga artipisyal na bersyon ng isang magnetic monopole sa pamamagitan ng paglikha ng mga two-dimensional na materyales na spin-ice.
Sa kasalukuyan, matagumpay na naipakita ng mga istrukturang ito ang isang magnetic monopole, ngunit imposibleng makuha ang parehong pisika kapag ang materyal ay nakakulong sa iisang patag. Sa katunayan, ang tiyak na three-dimensional geometry ng spin-ice lattice ang susi sa hindi pangkaraniwang kakayahan nitong lumikha ng maliliit na istruktura na gumagaya sa...magnetikomga monopolyo.
Sa isang bagong pag-aaral na inilathala ngayon sa Nature Communications, isang pangkat na pinamumunuan ng mga siyentipiko sa Cardiff University ang lumikha ng kauna-unahang 3D replica ng isang spin-ice material gamit ang isang sopistikadong uri ng 3D printing at processing.
Sinasabi ng pangkat na ang teknolohiya ng 3D printing ay nagbigay-daan sa kanila na iangkop ang geometry ng artipisyal na spin-ice, ibig sabihin ay maaari nilang kontrolin ang paraan ng pagbuo at paggalaw ng mga magnetic monopole sa loob ng mga sistema.
Ang kakayahang manipulahin ang mga mini monopole magnet sa 3D ay maaaring magbukas ng maraming aplikasyon, mula sa pinahusay na imbakan ng computer hanggang sa paglikha ng mga 3D computing network na ginagaya ang neural structure ng utak ng tao.
"Sa loob ng mahigit 10 taon, ang mga siyentipiko ay lumilikha at nag-aaral ng artipisyal na spin-ice sa dalawang dimensyon. Sa pamamagitan ng pagpapalawak ng mga naturang sistema sa tatlong-dimensyon, nagkakaroon tayo ng mas tumpak na representasyon ng spin-ice monopole physics at napag-aaralan ang epekto ng mga ibabaw," sabi ng nangungunang may-akda na si Dr. Sam Ladak mula sa School of Physics and Astronomy ng Cardiff University.
"Ito ang unang pagkakataon na may sinuman na nakalikha ng eksaktong 3D na replika ng isang spin-ice, sa pamamagitan ng disenyo, sa nanoscale."
Ang artipisyal na spin-ice ay nilikha gamit ang makabagong 3D nanofabrication techniques kung saan ang maliliit na nanowires ay isinalansan sa apat na patong sa isang lattice structure, na may sukat na mas mababa pa sa kabuuang lapad ng isang buhok ng tao.
Isang espesyal na uri ng mikroskopya na kilala bilang magnetic force microscopy, na sensitibo sa magnetismo, ang ginamit upang mailarawan ang mga magnetic charge na nasa device, na nagpapahintulot sa team na subaybayan ang paggalaw ng mga single-pole magnet sa buong 3D na istraktura.
“Mahalaga ang aming trabaho dahil ipinapakita nito na ang mga teknolohiya sa nanoscale 3D printing ay maaaring gamitin upang gayahin ang mga materyales na karaniwang na-synthesize sa pamamagitan ng kimika,” patuloy ni Dr. Ladak.
"Sa huli, ang gawaing ito ay maaaring magbigay ng isang paraan upang makagawa ng mga nobelang magnetic metamaterial, kung saan ang mga katangian ng materyal ay nakatutok sa pamamagitan ng pagkontrol sa 3D geometry ng isang artipisyal na sala-sala."
"Ang mga magnetic storage device, tulad ng hard disk drive o magnetic random access memory device, ay isa pang lugar na maaaring lubos na maapektuhan ng tagumpay na ito. Dahil ang mga kasalukuyang device ay gumagamit lamang ng dalawa sa tatlong dimensyon na magagamit, nililimitahan nito ang dami ng impormasyong maaaring maiimbak. Dahil ang mga monopole ay maaaring ilipat sa paligid ng 3D lattice gamit ang isang magnetic field, maaaring posible na lumikha ng isang tunay na 3D storage device batay sa magnetic charge."
Oras ng pag-post: Mayo-28-2021