מדענים עשו צעד לקראת יצירת מכשירים חזקים שרתמיםמַגנֶטִי מטען על ידי יצירת העתק התלת ממדי הראשון אי פעם של חומר המכונה קרח ספין.
חומרי קרח ספין הם חריגים ביותר מכיוון שיש להם פגמים כביכול המתנהגים כקוטב היחיד של מגנט.
מגנטים מוט יחיד אלה, הידועים גם כמונופולים מגנטיים, אינם קיימים בטבע; כאשר כל חומר מגנטי נחתך לשניים הוא תמיד ייצר מגנט חדש עם קוטב צפון ודרום.
במשך עשרות שנים מדענים מחפשים רחוקים לראיות להתרחשות באופן טבעימַגנֶטִי מונופולים בתקווה לקבץ סוף סוף את כוחות הטבע הבסיסיים לתיאוריה כביכול של כל דבר, להכניס את כל הפיזיקה תחת קורת גג אחת.
עם זאת, בשנים האחרונות פיזיקאים הצליחו לייצר גרסאות מלאכותיות של מונופול מגנטי באמצעות יצירת חומרים קרקע דו-ממדית.
נכון להיום מבנים אלה הדגימו בהצלחה מונופול מגנטי, אך אי אפשר להשיג את אותה פיזיקה כאשר החומר מוגבל למישור יחיד. אכן, זוהי הגיאומטריה התלת מימדית הספציפית של סריג הקרח הוא המפתח ליכולתו הלא שגרתית ליצור מבנים זעירים המחקיםמַגנֶטִימונופולים.
במחקר חדש שפורסם היום ב- Nature Communications, צוות בהובלת מדענים מאוניברסיטת קרדיף יצר את העתק התלת-ממדי הראשון אי פעם של חומר קרח ספין תוך שימוש בסוג מתוחכם של הדפסת ועיבוד תלת מימד.
הצוות טוען כי טכנולוגיית הדפסת התלת מימד אפשרה להם להתאים את הגיאומטריה של הקרח המלאכותי, כלומר הם יכולים לשלוט על אופן הקמת המונופולים המגנטיים ומועברים במערכות.
היכולת לתפעל את מגנטים המיני מונופול בתלת מימד יכולה לפתוח שורה שלמה של יישומים שלדבריהם, החל מאחסון מחשב משופר ועד יצירת רשתות מחשוב תלת -ממדיות המחקות את המבנה העצבי של המוח האנושי.
"במשך למעלה מעשר שנים מדענים יוצרים ולומדים ספין קרח מלאכותי בשני ממדים. על ידי הרחבת מערכות כאלה לשלושה ממדים אנו צוברים ייצוג מדויק הרבה יותר של פיזיקה של מונופול-קרח ומסוגלים ללמוד את ההשפעה של משטחים, "אמר הסופר הראשי ד"ר סם לאדק מבית הספר לפיזיקה ואסטרונומיה באוניברסיטת קרדיף.
"זו הפעם הראשונה שמישהו הצליח ליצור העתק תלת מימד מדויק של קרח ספין, על ידי עיצוב, על הננו-סולם."
הקרח הספין המלאכותי נוצר בטכניקות ננו-ייצור תלת-ממדיות עדכניות בהן נערמו ננו-חוטים זעירים לארבע שכבות במבנה סריג, אשר עצמו נמדד פחות מרוחב שיער אנושי בסך הכל.
לאחר מכן נעשה שימוש בסוג מיוחד של מיקרוסקופיה המכונה מיקרוסקופיה של כוח מגנטי, הרגיש למגנטיות, כדי להמחיש את המטענים המגנטיים הקיימים במכשיר, ומאפשר לצוות לעקוב אחר תנועת המגנטים החד-פעמיים על פני מבנה התלת-ממדי.
"העבודה שלנו חשובה מכיוון שהיא מראה כי ניתן להשתמש בטכנולוגיות הדפסת תלת מימד ננומטוס כדי לחקות חומרים שבדרך כלל מסונתזים באמצעות כימיה," המשיך ד"ר לדאק.
"בסופו של דבר, יצירה זו עשויה לספק אמצעי לייצור חומרים מגנטיים חדשים, שבהם תכונות החומר מכוונות על ידי שליטה בגיאומטריה התלת -ממדית של סריג מלאכותי.
"מכשירי אחסון מגנטיים, כמו כונן דיסק קשיח או מכשירי זיכרון גישה אקראיים מגנטיים, הם תחום נוסף שיכול להיות מושפע באופן מאסיבי על ידי פריצת דרך זו. מכיוון שהמכשירים הנוכחיים משתמשים רק בשניים מתוך שלושת הממדים הקיימים, זה מגביל את כמות המידע שניתן לאחסן. מכיוון שניתן להזיז את המונופולים סביב הסריג התלת -ממדי באמצעות שדה מגנטי, יתכן שניתן ליצור מכשיר אחסון תלת -ממדי אמיתי המבוסס על מטען מגנטי. "
זמן הודעה: מאי -28-2021