Gli scienziati hanno fatto un passo avanti verso la creazione di potenti dispositivi che sfruttanomagnetico caricare creando la prima replica tridimensionale di un materiale noto come spin-ice.
I materiali dello spin ice sono estremamente insoliti poiché possiedono i cosiddetti difetti che si comportano come il singolo polo di un magnete.
Questi magneti unipolari, detti anche monopoli magnetici, non esistono in natura;quando ogni materiale magnetico viene tagliato in due creerà sempre un nuovo magnete con un polo nord e uno sud.
Per decenni gli scienziati hanno cercato in lungo e in largo prove dell’esistenza di fenomeni naturalimagnetico monopoli nella speranza di raggruppare finalmente le forze fondamentali della natura in una cosiddetta teoria del tutto, mettendo tutta la fisica sotto lo stesso tetto.
Tuttavia, negli ultimi anni i fisici sono riusciti a produrre versioni artificiali di un monopolo magnetico attraverso la creazione di materiali bidimensionali di ghiaccio spin.
Fino ad oggi queste strutture hanno dimostrato con successo un monopolo magnetico, ma è impossibile ottenere la stessa fisica quando il materiale è confinato su un unico piano.In effetti, è la specifica geometria tridimensionale del reticolo di spin-ghiaccio la chiave della sua insolita capacità di creare minuscole strutture che imitanomagneticomonopoli.
In un nuovo studio pubblicato oggi su Nature Communications, un team guidato da scienziati dell’Università di Cardiff ha creato la prima replica 3D in assoluto di un materiale spin-ice utilizzando un sofisticato tipo di stampa ed elaborazione 3D.
Il team afferma che la tecnologia di stampa 3D ha permesso loro di personalizzare la geometria dello spin-ghiaccio artificiale, il che significa che possono controllare il modo in cui i monopoli magnetici si formano e si muovono nei sistemi.
Essere in grado di manipolare i mini magneti unipolari in 3D potrebbe aprire tutta una serie di applicazioni, dall'archiviazione avanzata del computer alla creazione di reti informatiche 3D che imitano la struttura neurale del cervello umano.
“Per oltre 10 anni gli scienziati hanno creato e studiato lo spin-ghiaccio artificiale in due dimensioni.Estendendo tali sistemi alle tre dimensioni otteniamo una rappresentazione molto più accurata della fisica del monopolo dello spin-ghiaccio e siamo in grado di studiare l’impatto delle superfici”, ha affermato l’autore principale, il dottor Sam Ladak della Scuola di Fisica e Astronomia dell’Università di Cardiff.
“Questa è la prima volta che qualcuno è riuscito a creare un’esatta replica 3D di uno spin-ghiaccio, in base alla progettazione, su scala nanometrica”.
Lo spin-ice artificiale è stato creato utilizzando tecniche di nanofabbricazione 3D all’avanguardia in cui minuscoli nanofili sono stati impilati in quattro strati in una struttura reticolare, che a sua volta misurava complessivamente meno della larghezza di un capello umano.
Un tipo speciale di microscopia nota come microscopia a forza magnetica, sensibile al magnetismo, è stata quindi utilizzata per visualizzare le cariche magnetiche presenti sul dispositivo, consentendo al team di tracciare il movimento dei magneti unipolari attraverso la struttura 3D.
“Il nostro lavoro è importante poiché dimostra che le tecnologie di stampa 3D su scala nanometrica possono essere utilizzate per imitare i materiali che vengono solitamente sintetizzati tramite la chimica”, ha continuato il dott. Ladak.
“In definitiva, questo lavoro potrebbe fornire un mezzo per produrre nuovi metamateriali magnetici, in cui le proprietà del materiale vengono regolate controllando la geometria 3D di un reticolo artificiale.
“I dispositivi di archiviazione magnetica, come un disco rigido o dispositivi di memoria ad accesso casuale magnetico, sono un’altra area che potrebbe essere fortemente influenzata da questa svolta.Poiché i dispositivi attuali utilizzano solo due delle tre dimensioni disponibili, ciò limita la quantità di informazioni che possono essere archiviate.Poiché i monopoli possono essere spostati attorno al reticolo 3D utilizzando un campo magnetico, potrebbe essere possibile creare un vero dispositivo di memorizzazione 3D basato sulla carica magnetica”.
Orario di pubblicazione: 28-maggio-2021