Vědci udělali krok směrem k vytvoření výkonných zařízení, která využívajímagnetický nabití vytvořením vůbec první trojrozměrné repliky materiálu známého jako spin-ice.
Spin ice materiály jsou extrémně neobvyklé, protože mají takzvané defekty, které se chovají jako jeden pól magnetu.
Tyto jednopólové magnety, také známé jako magnetické monopoly, v přírodě neexistují;když je každý magnetický materiál rozřezán na dva, vždy se vytvoří nový magnet se severním a jižním pólem.
Po celá desetiletí vědci hledali důkazy o přirozeném výskytumagnetický monopoles v naději, že konečně seskupí základní přírodní síly do takzvané teorie všeho, čímž se celá fyzika dostane pod jednu střechu.
V posledních letech se však fyzikům podařilo vytvořit umělé verze magnetického monopólu vytvořením dvourozměrných materiálů spin-ice.
K dnešnímu dni tyto struktury úspěšně demonstrovaly magnetický monopól, ale je nemožné získat stejnou fyziku, když je materiál omezen na jednu rovinu.Ve skutečnosti je to specifická trojrozměrná geometrie mřížky spin-ice, která je klíčem k její neobvyklé schopnosti vytvářet drobné struktury, které napodobujímagnetickýmonopoly.
V nové studii zveřejněné dnes v Nature Communications vytvořil tým vedený vědci z Cardiffské univerzity historicky první 3D repliku spin-ice materiálu pomocí sofistikovaného typu 3D tisku a zpracování.
Tým tvrdí, že technologie 3D tisku jim umožnila přizpůsobit geometrii umělého spin-ice, což znamená, že mohou ovládat způsob, jakým se magnetické monopoly tvoří a pohybují v systémech.
Schopnost manipulovat s minimonopolními magnety ve 3D by podle nich mohla otevřít celou řadu aplikací, od vylepšeného úložiště v počítači až po vytváření 3D počítačových sítí, které napodobují neurální strukturu lidského mozku.
„Vědci již více než 10 let vytvářejí a studují umělý spin-ice ve dvou rozměrech.Rozšířením takových systémů do tří rozměrů získáme mnohem přesnější reprezentaci fyziky spin-ice monopolů a jsme schopni studovat dopad povrchů,“ řekl hlavní autor Dr. Sam Ladak z Cardiff University's School of Physics and Astronomy.
"Je to poprvé, co byl někdo schopen vytvořit přesnou 3D repliku rotujícího ledu, a to podle návrhu, v nanoměřítku."
Umělý spin-ice byl vytvořen pomocí nejmodernějších technik 3D nanofabrikace, ve kterých byly drobné nanodrátky naskládány do čtyř vrstev v mřížkové struktuře, která sama o sobě měřila celkově méně než lidský vlas.
Speciální typ mikroskopie známý jako mikroskopie magnetické síly, která je citlivá na magnetismus, byl poté použit k vizualizaci magnetických nábojů přítomných na zařízení, což týmu umožnilo sledovat pohyb jednopólových magnetů napříč 3D strukturou.
„Naše práce je důležitá, protože ukazuje, že technologie 3D tisku v nanoměřítku lze použít k napodobení materiálů, které se obvykle syntetizují pomocí chemie,“ pokračoval Dr. Ladak.
„V konečném důsledku by tato práce mohla poskytnout prostředek k výrobě nových magnetických metamateriálů, kde jsou vlastnosti materiálu vyladěny řízením 3D geometrie umělé mřížky.
„Magnetická paměťová zařízení, jako je pevný disk nebo magnetická paměťová zařízení s náhodným přístupem, jsou další oblastí, která by mohla být tímto průlomem masivně ovlivněna.Protože současná zařízení používají pouze dva ze tří dostupných rozměrů, omezuje to množství informací, které lze uložit.Protože se monopóly mohou pohybovat kolem 3D mřížky pomocí magnetického pole, může být možné vytvořit skutečné 3D paměťové zařízení založené na magnetickém náboji.
Čas odeslání: 28. května 2021