Các nhà khoa học đã tiến một bước quan trọng hướng tới việc tạo ra các thiết bị mạnh mẽ có khả năng khai thác năng lượng.từ tính Sáng kiến này được thực hiện bằng cách tạo ra bản sao ba chiều đầu tiên của một loại vật liệu được gọi là spin-ice.
Vật liệu băng spin cực kỳ độc đáo vì chúng sở hữu cái gọi là khuyết tật, hoạt động như cực đơn của nam châm.
Những nam châm đơn cực này, còn được gọi là nam châm đơn cực, không tồn tại trong tự nhiên; khi bất kỳ vật liệu từ tính nào được cắt làm đôi, nó sẽ luôn tạo ra một nam châm mới có cực bắc và cực nam.
Trong nhiều thập kỷ, các nhà khoa học đã tìm kiếm khắp nơi bằng chứng về sự xuất hiện tự nhiên.từ tính các thế lực độc quyền với hy vọng cuối cùng sẽ tập hợp các lực cơ bản của tự nhiên thành một cái gọi là lý thuyết vạn vật, đưa toàn bộ vật lý học vào dưới một mái nhà.
Tuy nhiên, trong những năm gần đây, các nhà vật lý đã thành công trong việc tạo ra các phiên bản nhân tạo của đơn cực từ thông qua việc tạo ra các vật liệu spin-ice hai chiều.
Cho đến nay, các cấu trúc này đã chứng minh thành công sự hình thành đơn cực từ, nhưng không thể đạt được hiệu ứng vật lý tương tự khi vật liệu bị giới hạn trong một mặt phẳng duy nhất. Thật vậy, chính hình học ba chiều đặc thù của mạng tinh thể spin-ice là chìa khóa cho khả năng khác thường của nó trong việc tạo ra các cấu trúc nhỏ mô phỏngtừ tínhcác cột đơn.
Trong một nghiên cứu mới được công bố hôm nay trên tạp chí Nature Communications, một nhóm các nhà khoa học do Đại học Cardiff dẫn đầu đã tạo ra bản sao 3D đầu tiên của vật liệu spin-ice bằng cách sử dụng một loại công nghệ in và xử lý 3D tiên tiến.
Nhóm nghiên cứu cho biết công nghệ in 3D đã cho phép họ tùy chỉnh hình dạng của băng spin nhân tạo, nghĩa là họ có thể kiểm soát cách các đơn cực từ được hình thành và di chuyển trong hệ thống.
Họ cho rằng khả năng điều khiển các nam châm đơn cực mini trong không gian 3D có thể mở ra vô số ứng dụng, từ việc tăng cường khả năng lưu trữ máy tính đến việc tạo ra các mạng máy tính 3D mô phỏng cấu trúc thần kinh của não người.
“Trong hơn 10 năm qua, các nhà khoa học đã tạo ra và nghiên cứu băng spin nhân tạo trong không gian hai chiều. Bằng cách mở rộng các hệ thống này lên không gian ba chiều, chúng ta có được sự mô phỏng chính xác hơn nhiều về vật lý đơn cực băng spin và có thể nghiên cứu tác động của bề mặt,” tiến sĩ Sam Ladak, tác giả chính đến từ Trường Vật lý và Thiên văn học của Đại học Cardiff, cho biết.
“Đây là lần đầu tiên có người có thể tạo ra bản sao 3D chính xác của một tảng băng nhỏ, được thiết kế tỉ lệ ở cấp độ nano.”
Băng nhân tạo được tạo ra bằng các kỹ thuật chế tạo nano 3D hiện đại, trong đó các dây nano siêu nhỏ được xếp chồng lên nhau thành bốn lớp trong một cấu trúc mạng lưới, có kích thước tổng thể nhỏ hơn chiều rộng của một sợi tóc người.
Một loại kính hiển vi đặc biệt được gọi là kính hiển vi lực từ, có khả năng cảm nhận từ tính, sau đó đã được sử dụng để hình dung các điện tích từ tính có trên thiết bị, cho phép nhóm nghiên cứu theo dõi sự chuyển động của các nam châm đơn cực trên cấu trúc 3D.
“Công trình nghiên cứu của chúng tôi rất quan trọng vì nó cho thấy rằng công nghệ in 3D ở cấp độ nano có thể được sử dụng để mô phỏng các vật liệu thường được tổng hợp thông qua phản ứng hóa học,” Tiến sĩ Ladak tiếp tục.
“Cuối cùng, công trình này có thể cung cấp phương pháp để tạo ra các siêu vật liệu từ tính mới, trong đó các đặc tính vật liệu được điều chỉnh bằng cách kiểm soát hình học 3D của một mạng lưới nhân tạo.”
“Các thiết bị lưu trữ từ tính, chẳng hạn như ổ đĩa cứng hoặc thiết bị bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên từ tính, là một lĩnh vực khác có thể bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi bước đột phá này. Vì các thiết bị hiện tại chỉ sử dụng hai trong ba chiều có sẵn, điều này hạn chế lượng thông tin có thể được lưu trữ. Do các đơn cực có thể được di chuyển xung quanh mạng lưới 3D bằng từ trường, nên có thể tạo ra một thiết bị lưu trữ 3D thực sự dựa trên điện tích từ tính.”
Thời gian đăng bài: 28 tháng 5 năm 2021