Tutkijat ovat ottaneet askeleen kohti tehokkaiden laitteiden luomista, jotka hyödyntävätmagneettinen varauksen luomalla kaikkien aikojen ensimmäisen kolmiulotteisen kopion spinjäänä tunnetusta materiaalista.
Spinjäämateriaalit ovat erittäin epätavallisia, koska niissä on niin sanottuja virheitä, jotka käyttäytyvät magneetin ainoana napana.
Näitä yksinapaisia magneetteja, jotka tunnetaan myös magneettisina monopoleina, ei esiinny luonnossa; kun jokainen magneettinen materiaali leikataan kahtia, se luo aina uuden magneetin, jolla on pohjois- ja etelänapa.
Tiedemiehet ovat vuosikymmenten ajan etsineet kaukaa ja laajalti todisteita luonnossa esiintyvistämagneettinen monopoleja toivoen lopulta ryhmittävänsä luonnon perusvoimat niin kutsutuksi kaiken teoriaksi, kokoamalla koko fysiikan saman katon alle.
Viime vuosina fyysikot ovat kuitenkin onnistuneet tuottamaan keinotekoisia versioita magneettisesta monopolista luomalla kaksiulotteisia spinjäämateriaaleja.
Tähän mennessä näillä rakenteilla on onnistuneesti osoitettu magneettinen monopoli, mutta saman fysiikkaominaisuuden saavuttaminen on mahdotonta, kun materiaali on rajoitettu yhteen tasoon. Itse asiassa spinjäähilan erityinen kolmiulotteinen geometria on avain sen epätavalliseen kykyyn luoda pieniä rakenteita, jotka jäljittelevät...magneettinenmonopolit.
Nature Communicationsissa tänään julkaistussa uudessa tutkimuksessa Cardiffin yliopiston tutkijoiden johtama tiimi on luonut ensimmäisen 3D-jäljennöksen spin-jäämateriaalista käyttämällä hienostunutta 3D-tulostusta ja -prosessointia.
Tiimi sanoo, että 3D-tulostusteknologia on mahdollistanut keinotekoisen spin-jään geometrian räätälöinnin, mikä tarkoittaa, että he voivat hallita magneettisten monopolien muodostumista ja liikkumista järjestelmissä.
Minimonopolimagneettien manipulointi 3D-muodossa voisi avata kokonaisen joukon sovelluksia, heidän mukaansa parannetusta tietokoneen tallennuksesta 3D-laskentaverkkojen luomiseen, jotka jäljittelevät ihmisaivojen hermostollista rakennetta.
”Tutkijat ovat luoneet ja tutkineet keinotekoista spinjäätä kahdessa ulottuvuudessa yli 10 vuoden ajan. Laajentamalla tällaisia järjestelmiä kolmiulotteisiksi saamme paljon tarkemman kuvan spinjään monopolifysiikasta ja pystymme tutkimaan pintojen vaikutusta”, sanoo tutkimuksen johtava kirjoittaja, tohtori Sam Ladak Cardiffin yliopiston fysiikan ja tähtitieteen laitokselta.
"Tämä on ensimmäinen kerta, kun kukaan on pystynyt luomaan tarkan 3D-kopion spin-jäästä suunnitellusti nanoskaalassa."
Keinotekoinen spin-jää luotiin huippuluokan 3D-nanovalmistustekniikoilla, joissa pienet nanolangat pinottiin neljään kerrokseen hilarakenteeksi, joka itsessään oli alle ihmisen hiuksen leveyden.
Laitteessa olevien magneettisten varausten visualisointiin käytettiin erityistä mikroskopiaa, joka tunnetaan nimellä magneettinen voimamikroskopia ja on herkkä magnetismille, minkä ansiosta tiimi pystyi seuraamaan yksinapaisten magneettien liikettä 3D-rakenteen poikki.
”Työmme on tärkeää, koska se osoittaa, että nanomittakaavan 3D-tulostustekniikoilla voidaan jäljitellä materiaaleja, jotka yleensä syntetisoidaan kemiallisesti”, jatkoi tohtori Ladak.
”Viime kädessä tämä työ voisi tarjota keinon tuottaa uusia magneettisia metamateriaaleja, joissa materiaalin ominaisuuksia säädetään ohjaamalla keinotekoisen hilan 3D-geometriaa.”
”Magneettiset tallennuslaitteet, kuten kiintolevyasema tai magneettiset RAM-muistilaitteet, ovat toinen alue, johon tämä läpimurto voi vaikuttaa merkittävästi. Koska nykyiset laitteet käyttävät vain kahta kolmesta käytettävissä olevasta ulottuvuudesta, tämä rajoittaa tallennettavan tiedon määrää. Koska monopoleja voidaan liikuttaa 3D-hilassa magneettikentän avulla, voi olla mahdollista luoda todellinen 3D-tallennuslaite magneettisen varauksen perusteella.”
Julkaisun aika: 28.5.2021