Les scientifiques ont franchi une étape importante vers la création de dispositifs puissants qui exploitentmagnétique charger en créant la toute première réplique tridimensionnelle d'un matériau connu sous le nom de glace spinelle.
Les matériaux de type glace de spin sont extrêmement inhabituels car ils possèdent des défauts qui se comportent comme le pôle unique d'un aimant.
Ces aimants unipolaires, également appelés monopôles magnétiques, n'existent pas dans la nature ; lorsqu'on coupe un matériau magnétique en deux, on obtient toujours un nouvel aimant avec un pôle nord et un pôle sud.
Depuis des décennies, les scientifiques recherchent activement des preuves de phénomènes naturels.magnétique des monopôles dans l'espoir de finalement regrouper les forces fondamentales de la nature dans une soi-disant théorie du tout, rassemblant ainsi toute la physique sous un même toit.
Cependant, ces dernières années, les physiciens sont parvenus à produire des versions artificielles d'un monopole magnétique grâce à la création de matériaux de glace de spin bidimensionnels.
À ce jour, ces structures ont démontré avec succès l'existence d'un monopole magnétique, mais il est impossible d'obtenir les mêmes phénomènes physiques lorsque le matériau est confiné à un seul plan. En effet, c'est la géométrie tridimensionnelle spécifique du réseau de glace de spin qui est la clé de son aptitude inhabituelle à créer des structures minuscules qui imitent…magnétiquemonopôles.
Dans une nouvelle étude publiée aujourd'hui dans Nature Communications, une équipe dirigée par des scientifiques de l'université de Cardiff a créé la toute première réplique 3D d'un matériau de glace de spin en utilisant un type sophistiqué d'impression et de traitement 3D.
L'équipe explique que la technologie d'impression 3D leur a permis d'adapter la géométrie de la glace de spin artificielle, ce qui signifie qu'ils peuvent contrôler la façon dont les monopôles magnétiques se forment et se déplacent dans les systèmes.
La possibilité de manipuler ces mini-aimants monopôles en 3D pourrait ouvrir la voie à toute une série d'applications, selon eux, allant de l'amélioration du stockage informatique à la création de réseaux informatiques 3D imitant la structure neuronale du cerveau humain.
« Depuis plus de dix ans, les scientifiques créent et étudient de la glace de spin artificielle en deux dimensions. En étendant ces systèmes à trois dimensions, nous obtenons une représentation beaucoup plus précise de la physique des monopôles de glace de spin et nous sommes capables d'étudier l'impact des surfaces », a déclaré le Dr Sam Ladak, auteur principal de l'étude et membre de l'École de physique et d'astronomie de l'Université de Cardiff.
« C’est la première fois que quelqu’un parvient à créer, de manière intentionnelle, une réplique 3D exacte d’une glace de spin à l’échelle nanométrique. »
La glace de spin artificielle a été créée à l'aide de techniques de nanofabrication 3D de pointe dans lesquelles de minuscules nanofils ont été empilés en quatre couches dans une structure en treillis, dont la largeur totale était inférieure à celle d'un cheveu humain.
Un type particulier de microscopie, connu sous le nom de microscopie à force magnétique, sensible au magnétisme, a ensuite été utilisé pour visualiser les charges magnétiques présentes sur le dispositif, permettant à l'équipe de suivre le mouvement des aimants unipolaires à travers la structure 3D.
« Nos travaux sont importants car ils démontrent que les technologies d'impression 3D à l'échelle nanométrique peuvent être utilisées pour imiter des matériaux habituellement synthétisés par voie chimique », a poursuivi le Dr Ladak.
« À terme, ces travaux pourraient permettre de produire de nouveaux métamatériaux magnétiques, dont les propriétés seraient ajustées en contrôlant la géométrie 3D d'un réseau artificiel. »
« Les dispositifs de stockage magnétique, tels que les disques durs ou les mémoires vives magnétiques, constituent un autre domaine qui pourrait être profondément transformé par cette avancée. Les dispositifs actuels n'utilisant que deux des trois dimensions disponibles, la quantité d'informations stockables s'en trouve limitée. Puisque les monopôles peuvent être déplacés dans le réseau 3D grâce à un champ magnétique, il serait possible de créer un véritable dispositif de stockage 3D basé sur la charge magnétique. »
Date de publication : 28 mai 2021