Các nhà khoa học đã tiến một bước hướng tới việc tạo ra các thiết bị mạnh mẽ khai tháctừ tính tích điện bằng cách tạo ra bản sao ba chiều đầu tiên của một loại vật liệu được gọi là băng quay.
Vật liệu băng quay cực kỳ bất thường vì chúng có cái gọi là khuyết tật hoạt động giống như một cực của nam châm.
Những nam châm đơn cực này, còn được gọi là đơn cực từ, không tồn tại trong tự nhiên;khi mọi vật liệu từ tính bị 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 rất nhiều bằng chứng về sự xuất hiện tự nhiêntừ tính đơn cực với hy vọng cuối cùng có thể nhóm các lực cơ bản của tự nhiên thành cái gọi là lý thuyết về mọi thứ, đặt toàn bộ vật lý học dưới một mái nhà.
Tuy nhiên, trong những năm gần đây, các nhà vật lý đã tìm cách tạo ra các phiên bản nhân tạo của đơn cực từ thông qua việc tạo ra các vật liệu băng spin hai chiều.
Cho đến nay các cấu trúc này đã chứng minh thành công đơn cực từ, nhưng không thể đạt được tính chất vật lý tương tự khi vật liệu bị giới hạn trong một mặt phẳng duy nhất.Thật vậy, chính hình học ba chiều cụ thể của mạng băng spin là chìa khóa cho khả năng khác thường của nó trong việc tạo ra các cấu trúc nhỏ mô phỏngtừ tínhđơn cực.
Trong một nghiên cứu mới được công bố hôm nay trên tạp chí Nature Communications, một nhóm do các nhà khoa học tại Đại học Cardiff dẫn đầu đã tạo ra bản sao 3D đầu tiên của vật liệu băng quay bằng cách sử dụng một kiểu in và xử lý 3D phức tạp.
Nhóm nghiên cứu cho biết công nghệ in 3D đã cho phép họ điều chỉnh hình dạng của băng xoay nhân tạo, nghĩa là họ có thể kiểm soát cách hình thành và di chuyển các đơn cực từ trong hệ thống.
Theo họ, khả năng điều khiển các nam châm đơn cực mini trong không gian 3D có thể mở ra một loạt ứng dụng, từ bộ nhớ máy tính nâng cao đến việc tạo ra các mạng điện toán 3D mô phỏng cấu trúc thần kinh của não người.
“Trong hơn 10 năm, các nhà khoa học đã tạo ra và nghiên cứu băng spin nhân tạo theo hai chiều.Bằng cách mở rộng các hệ thống như vậy thành ba chiều, chúng tôi thu được sự biểu diễn chính xác hơn nhiều về vật lý đơn cực băng spin và có thể nghiên cứu tác động của các bề mặt,” tác giả chính, Tiến sĩ Sam Ladak từ Trường Vật lý và Thiên văn học của Đại học Cardiff cho biết.
“Đây là lần đầu tiên bất kỳ ai cũng có thể tạo ra một bản sao 3D chính xác của băng xoay, theo thiết kế, ở cấp độ nano.”
Băng spin nhân tạo được tạo ra bằng cách sử dụng kỹ thuật chế tạo nano 3D tiên tiến, trong đó các dây nano nhỏ được xếp thành bốn lớp trong một cấu trúc mạng tinh thể, có chiều rộng tổng thể nhỏ hơn một sợi tóc người.
Một loại kính hiển vi đặc biệt được gọi là kính hiển vi lực từ, rất nhạy với từ tính, sau đó được sử dụng để hiển thị các điện tích từ có trên thiết bị, cho phép nhóm nghiên cứu theo dõi chuyển động của nam châm đơn cực trên cấu trúc 3D.
Tiến sĩ Ladak tiếp tục: “Công việc của chúng tôi rất quan trọng vì nó cho thấy rằng các công nghệ in 3D có kích thước nano có thể được sử dụng để mô phỏng các vật liệu thường được tổng hợp thông qua hóa học”.
“Cuối cùng, công trình này có thể cung cấp một phương tiện để tạo ra siêu vật liệu từ tính mới, trong đó các đặc tính vật liệu được điều chỉnh bằng cách điều khiển hình học 3D của mạng 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 lớn bởi bước đột phá này.Vì các thiết bị hiện tại chỉ sử dụng hai trong số ba chiều sẵn có nên điều này giới hạn lượng thông tin có thể được lưu trữ.Vì các đơn cực có thể được di chuyển xung quanh mạng 3D bằng từ trường nên có thể tạo ra một thiết bị lưu trữ 3D thực sự dựa trên điện tích từ.”
Thời gian đăng: 28-05-2021