إن الاختراق في الهياكل النانوية المغناطيسية ثلاثية الأبعاد يمكن أن تحول الحوسبة الحديثة

اتخذ العلماء خطوة نحو إنشاء أجهزة قوية تسخرمغناطيسي شحن عن طريق إنشاء أول نسخة طبق الأصل من أي وقت مضى من مادة تُعرف باسم الجليد الدوراني.

المواد الجليدية الدورانية غير عادية للغاية لأنها تمتلك ما يسمى العيوب التي تتصرف كقطب واحد للمغناطيس.

هذه المغناطيسات المفردة ، المعروفة أيضًا باسم الأحواض المغناطيسية ، غير موجودة في الطبيعة ؛ عندما يتم تقطيع كل مادة مغناطيسية إلى اثنين ، فإنها ستنشئ دائمًا مغناطيسًا جديدًا مع القطب الشمالي والجنوبي.

لعقود من الزمن ، كان العلماء يبحثون بعيدًا وواسعا للحصول على أدلة على حدوثها بشكل طبيعيمغناطيسي الأحكام على أمل تجميع القوى الأساسية للطبيعة في النهاية إلى ما يسمى نظرية كل شيء ، ووضع كل الفيزياء تحت سقف واحد.

ومع ذلك ، في السنوات الأخيرة ، تمكن الفيزيائيون من إنتاج إصدارات اصطناعية من أحادي القطب المغناطيسي من خلال إنشاء مواد جليدية ثنائية الأبعاد.

حتى الآن ، أظهرت هذه الهياكل بنجاح أحادي القطب المغناطيسي ، لكن من المستحيل الحصول على نفس الفيزياء عندما تقتصر المادة على طائرة واحدة. في الواقع ، إنها الهندسة المحددة ثلاثية الأبعاد لشبكة الدوران الجليدية التي هي مفتاح قدرتها غير العادية على إنشاء هياكل صغيرة تحاكيمغناطيسيأحواد.

في دراسة جديدة نُشرت اليوم في Nature Communications ، قام فريق بقيادة العلماء في جامعة كارديف بإنشاء أول نسخة طبق الأصل من مادة ثلاثية الأبعاد على الإطلاق من مادة جليدية تدور باستخدام نوع متطور من الطباعة والمعالجة ثلاثية الأبعاد.

يقول الفريق إن تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد سمحت لهم بتكييف هندسة الجليد الدوراني الاصطناعي ، مما يعني أنه يمكنهم التحكم في الطريقة التي تتشكل بها الأحكام المغناطيسية وتحركها في الأنظمة.

إن القدرة على التعامل مع مغناطيس Mini Monopole في ثلاثية الأبعاد يمكن أن تفتح مجموعة كاملة من التطبيقات التي يقولون ، من تخزين الكمبيوتر المحسّن إلى إنشاء شبكات حوسبة ثلاثية الأبعاد تحاكي الهيكل العصبي للدماغ البشري.

"لأكثر من 10 سنوات ، قام العلماء بإنشاء ودراسة الجليد الاصطناعي في بعدين. وقال المؤلف الرئيسي الدكتور سام لاداك من كلية الفيزياء وعلم الفلك بجامعة كارديف: "من خلال توسيع نطاق مثل هذه الأنظمة إلى ثلاثية ثلاثية ، نكتسب تمثيلًا أكثر دقة لفيزياء أحادي الجليد الدورانية ، ونكون قادرين على دراسة تأثير الأسطح".

"هذه هي المرة الأولى التي يتمكن فيها أي شخص من إنشاء نسخة طبق الأصل ثلاثية الأبعاد من الجليد الدوراني ، حسب التصميم ، على النانو."

تم إنشاء الجليد الدوراني الاصطناعي باستخدام تقنيات التصنيع النانوية ثلاثية الأبعاد الحديثة التي تم فيها تكديس الأسلاك النانوية الصغيرة في أربع طبقات في بنية شعرية ، والتي تقاس بنفسها أقل من عرض الشعر البشري بشكل عام.

بعد ذلك ، تم استخدام نوع خاص من المجهر المعروف باسم المجهر المغناطيسي ، والذي يعد حساسًا للمغناطيسية ، لتصور الشحنات المغناطيسية الموجودة على الجهاز ، مما يسمح للفريق بتتبع حركة مغناطيس القطب الواحد عبر الهيكل ثلاثي الأبعاد.

"إن عملنا مهم لأنه يدل على أنه يمكن استخدام تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد النانوية لتقليد المواد التي عادة ما يتم تصنيعها عبر الكيمياء" ، تابع الدكتور لاداك.

"في النهاية ، يمكن أن يوفر هذا العمل وسيلة لإنتاج مواد مضغوطة مغناطيسية جديدة ، حيث يتم ضبط خصائص المواد من خلال التحكم في الهندسة ثلاثية الأبعاد للشبكة الاصطناعية.

"أجهزة التخزين المغناطيسي ، مثل محرك الأقراص الصلبة أو أجهزة ذاكرة الوصول العشوائي المغناطيسي ، هي منطقة أخرى يمكن أن تتأثر بشكل كبير بهذا الاختراق. نظرًا لأن الأجهزة الحالية تستخدم اثنين فقط من الأبعاد الثلاثة المتاحة ، فإن هذا يحد من كمية المعلومات التي يمكن تخزينها. نظرًا لأنه يمكن نقل الأحكام حول الشبكة ثلاثية الأبعاد باستخدام مجال مغناطيسي ، فقد يكون من الممكن إنشاء جهاز تخزين ثلاثي الأبعاد حقيقي يعتمد على الشحن المغناطيسي. "