Forskere har taget et skridt hen imod oprettelsen af kraftfulde enheder, der udnytterMagnetisk ladning ved at oprette den første nogensinde tredimensionelle replika af et materiale kendt som en spin-is.
Spinismaterialer er ekstremt usædvanlige, da de har såkaldte defekter, der opfører sig som den enkelte pol af en magnet.
Disse enkeltstangmagneter, også kendt som magnetiske monopoler, eksisterer ikke i naturen; Når hvert magnetisk materiale skæres i to, vil det altid skabe en ny magnet med en nord- og sydpol.
I årtier har videnskabsmænd set vidt og bredt efter bevis for naturligt forekommendeMagnetisk Monopoler i håb om endelig at gruppere naturens grundlæggende kræfter i en såkaldt teori om alting og sætte al fysik under ét tag.
I de senere år har fysikere imidlertid formået at producere kunstige versioner af en magnetisk monopol gennem oprettelsen af to-dimensionelle spin-ismaterialer.
Indtil videre har disse strukturer med succes demonstreret en magnetisk monopol, men det er umuligt at opnå den samme fysik, når materialet er begrænset til et enkelt plan. Det er faktisk den specifikke tredimensionelle geometri af spin-isgitteret, der er nøglen til dens usædvanlige evne til at skabe små strukturer, der efterlignerMagnetiskMonopoler.
I en ny undersøgelse, der blev offentliggjort i dag i Nature Communications, har et team ledet af forskere ved Cardiff University oprettet den første nogensinde 3D-replika af et spin-is-materiale ved hjælp af en sofistikeret type 3D-udskrivning og -behandling.
Holdet siger, at 3D-udskrivningsteknologien har gjort det muligt for dem at skræddersy geometrien af den kunstige spin-is, hvilket betyder, at de kan kontrollere, hvordan de magnetiske monopoler dannes og bevæges rundt i systemerne.
At være i stand til at manipulere mini -monopolmagneterne i 3D kunne åbne en hel række applikationer, som de siger, fra forbedret computerlagring til oprettelsen af 3D -computernetværk, der efterligner den neurale struktur i den menneskelige hjerne.
”I over 10 år har forskere skabt og studeret kunstig spin-is i to dimensioner. Ved at udvide sådanne systemer til tre-dimensioner får vi en meget mere nøjagtig repræsentation af spin-ismonopolfysik og er i stand til at undersøge virkningen af overflader, ”sagde hovedforfatter Dr. Sam Ladak fra Cardiff University's School of Physics and Astronomy.
”Dette er første gang, at nogen har været i stand til at skabe en nøjagtig 3D-replika af en spin-is, efter design, på nanoskalaen.”
Den kunstige spin-is blev oprettet ved hjælp af avancerede 3D-nanofabrikationsteknikker, hvor små nanotråde blev stablet i fire lag i en gitterstruktur, som i sig selv målte mindre end et menneskehårs bredde samlet.
En speciel type mikroskopi kendt som magnetisk kraftmikroskopi, som er følsom over for magnetisme, blev derefter brugt til at visualisere de magnetiske ladninger, der var til stede på enheden, så holdet kan spore bevægelsen af enkeltpolemagneterne over 3D-strukturen.
”Vores arbejde er vigtigt, da det viser, at nanoskala 3D -udskrivningsteknologier kan bruges til at efterligne materialer, der normalt syntetiseres via kemi,” fortsatte Dr. Ladak.
”I sidste ende kunne dette arbejde give et middel til at producere nye magnetiske metamaterialer, hvor de materielle egenskaber er indstillet ved at kontrollere 3D -geometrien af en kunstig gitter.
”Magnetiske lagringsenheder, såsom et harddiskdrev eller magnetisk tilfældige adgangshukommelsesenheder, er et andet område, der kan påvirkes massivt af dette gennembrud. Da nuværende enheder kun bruger to ud af de tre tilgængelige dimensioner, begrænser dette mængden af information, der kan gemmes. Da monopolerne kan flyttes omkring 3D -gitteret ved hjælp af et magnetfelt, kan det være muligt at oprette en ægte 3D -lagerenhed baseret på magnetisk ladning. ”
Posttid: Maj-28-2021