Навукоўцы зрабілі крок да стварэння магутных прылад, якія выкарыстоўваюцьмагнітны зарад, стварыўшы першую ў гісторыі трохмерную копію матэрыялу, вядомага як спін-лёд.
Спінавыя лёдавыя матэрыялы надзвычай незвычайныя, бо яны валодаюць так званымі дэфектамі, якія паводзяць сябе як адзіны полюс магніта.
Гэтыя аднаполюсныя магніты, таксама вядомыя як магнітныя манаполі, не існуюць у прыродзе; калі кожны магнітны матэрыял разрэзаць напалам, ён заўсёды будзе ствараць новы магніт з паўночным і паўднёвым полюсамі.
На працягу дзесяцігоддзяў навукоўцы шукалі паўсюль доказы натуральнага ўзнікнення...магнітны манаполяў у надзеі нарэшце аб'яднаць фундаментальныя сілы прыроды ў так званую тэорыю ўсяго, змясціўшы ўсю фізіку пад адным дахам.
Аднак у апошнія гады фізікам удалося стварыць штучныя версіі магнітнага манаполя шляхам стварэння двухмерных спін-лёдападобных матэрыялаў.
На сённяшні дзень гэтыя структуры паспяхова прадэманстравалі магнітны манаполь, але немагчыма атрымаць такую ж фізіку, калі матэрыял абмежаваны адной плоскасцю. Насамрэч, менавіта спецыфічная трохмерная геаметрыя спін-лёднай рашоткі з'яўляецца ключом да яе незвычайнай здольнасці ствараць малюсенькія структуры, якія імітуюцьмагнітныманаполіі.
У новым даследаванні, апублікаваным сёння ў часопісе Nature Communications, каманда навукоўцаў пад кіраўніцтвам навукоўцаў з Кардыфскага ўніверсітэта стварыла першую ў гісторыі трохмерную копію спін-лёду, выкарыстоўваючы складаны тып трохмернага друку і апрацоўкі.
Каманда сцвярджае, што тэхналогія 3D-друку дазволіла ім змяняць геаметрыю штучнага спін-лёду, што азначае, што яны могуць кантраляваць тое, як утвараюцца і перамяшчаюцца магнітныя манаполіі ў сістэмах.
Па іх словах, магчымасць маніпуляваць міні-манапольнымі магнітамі ў трохмерным фармаце можа адкрыць цэлы шэраг прымяненняў, ад паляпшэння камп'ютэрнай памяці да стварэння трохмерных вылічальных сетак, якія імітуюць нейронавую структуру чалавечага мозгу.
«Больш за 10 гадоў навукоўцы ствараюць і вывучаюць штучны спінавы лёд у двух вымярэннях. Пашыраючы такія сістэмы на трохмернае асяроддзе, мы атрымліваем значна больш дакладнае ўяўленне аб фізіцы манаполій спінава-лёду і можам вывучаць уплыў паверхняў», — сказаў вядучы аўтар даследавання, доктар Сэм Ладак са Школы фізікі і астраноміі Кардыфскага ўніверсітэта.
«Гэта першы выпадак, калі каму-небудзь удалося стварыць дакладную трохмерную копію спін-лёду ў нанамаштабе».
Штучны круцільны лёд быў створаны з выкарыстаннем найноўшых метадаў трохмернай нанавытворчасці, пры якіх малюсенькія нанаправады былі складзены ў чатыры пласты ў рашотчатую структуру, якая сама па сабе мела агульную шырыню менш за чалавечы валасяны валасок.
Затым для візуалізацыі магнітных зарадаў, прысутных на прыладзе, быў выкарыстаны спецыяльны тып мікраскапіі, вядомы як магнітна-сілавая мікраскапія, якая адчувальная да магнетызму, што дазволіла камандзе адсочваць рух аднаполюсных магнітаў па трохмернай структуры.
«Наша праца важная, бо яна паказвае, што тэхналогіі нанамаштабнага 3D-друку можна выкарыстоўваць для імітацыі матэрыялаў, якія звычайна сінтэзуюцца хімічнымі метадамі», — працягнуў доктар Ладак.
У канчатковым выніку гэтая праца можа даць магчымасць ствараць новыя магнітныя метаматэрыялы, у якіх уласцівасці матэрыялу змяняюцца шляхам кіравання трохмернай геаметрыяй штучнай рашоткі.
«Магнітныя прылады захоўвання дадзеных, такія як жорсткі дыск або магнітныя прылады памяці з выпадковым доступам, — гэта яшчэ адна вобласць, на якую можа аказаць значны ўплыў гэты прарыў. Паколькі сучасныя прылады выкарыстоўваюць толькі два з трох даступных вымярэнняў, гэта абмяжоўвае аб'ём інфармацыі, якую можна захоўваць. Паколькі манаполі можна перамяшчаць па трохмернай рашотцы з дапамогай магнітнага поля, магчыма, атрымаецца стварыць сапраўдную трохмерную прыладу захоўвання дадзеных на аснове магнітнага зарада».
Час публікацыі: 28 мая 2021 г.