과학자들은 에너지를 활용하는 강력한 장치 개발을 향한 한 걸음을 내디뎠습니다.자석 스핀아이스라고 알려진 물질의 최초 3차원 복제본을 만들어 전하를 충전했습니다.
스핀 아이스 물질은 자석의 단극처럼 작용하는 소위 결함을 가지고 있다는 점에서 매우 특이합니다.
자기 단극자라고도 하는 이러한 단극 자석은 자연에 존재하지 않습니다. 모든 자성 물질을 두 부분으로 자르면 항상 북극과 남극을 가진 새로운 자석이 생성됩니다.
수십 년 동안 과학자들은 자연적으로 발생하는 현상의 증거를 찾기 위해 광범위하게 조사해 왔습니다.자석 단일체론자들은 궁극적으로 자연의 근본적인 힘들을 소위 만물 이론으로 묶어 물리학의 모든 것을 하나의 틀 안에 통합하려는 희망을 품고 있었다.
하지만 최근 몇 년 동안 물리학자들은 2차원 스핀 아이스 물질을 만들어냄으로써 인공적인 자기 단극자를 생성하는 데 성공했습니다.
지금까지 이러한 구조들은 자기 단극자를 성공적으로 구현해 왔지만, 물질이 단일 평면에 국한될 경우에는 동일한 물리적 현상을 얻는 것이 불가능합니다. 실제로, 스핀 아이스 격자의 특정한 3차원 기하학적 구조가 자기장을 모방하는 미세 구조를 만들어내는 특이한 능력의 핵심입니다.자석단극자.
오늘 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 발표된 새로운 연구에서 카디프 대학교 과학자들이 주도한 연구팀은 정교한 3D 프린팅 및 가공 기술을 사용하여 스핀 아이스 물질의 최초 3D 복제본을 제작했습니다.
연구팀은 3D 프린팅 기술 덕분에 인공 스핀 아이스의 기하학적 구조를 맞춤 설정할 수 있었고, 이를 통해 시스템 내에서 자기 단극자가 형성되고 이동하는 방식을 제어할 수 있게 되었다고 밝혔습니다.
연구진은 미니 모노폴 자석을 3차원으로 조작할 수 있게 됨으로써 컴퓨터 저장 용량 향상부터 인간 두뇌의 신경 구조를 모방한 3D 컴퓨팅 네트워크 구축에 이르기까지 다양한 응용 분야가 가능해질 것이라고 말합니다.
"과학자들은 10년 넘게 2차원 인공 스핀 아이스를 만들고 연구해 왔습니다. 이러한 시스템을 3차원으로 확장함으로써 스핀 아이스 단극자 물리학을 훨씬 더 정확하게 표현하고 표면의 영향을 연구할 수 있게 되었습니다."라고 카디프 대학교 물리학 및 천문학과 샘 라닥 박사(수석 저자)는 말했습니다.
"이번 연구는 나노 규모에서 스핀 아이스의 정확한 3D 복제품을 의도적으로 제작한 최초의 사례입니다."
이 인공 스핀 아이스는 최첨단 3D 나노 제작 기술을 사용하여 만들어졌는데, 미세한 나노선들을 격자 구조로 4층 쌓아 올렸으며, 전체 크기는 사람 머리카락 굵기보다 작았습니다.
자기력 현미경이라는 특수 현미경을 사용하여 장치에 존재하는 자기 전하를 시각화함으로써, 연구팀은 3D 구조 전체에 걸쳐 단극 자석의 움직임을 추적할 수 있었습니다.
"저희 연구는 나노 규모의 3D 프린팅 기술을 이용해 일반적으로 화학적 합성을 통해 만들어지는 재료들을 모방할 수 있음을 보여준다는 점에서 중요합니다."라고 라닥 박사는 덧붙였다.
궁극적으로 이 연구는 인공 격자의 3차원 기하학적 구조를 제어하여 재료 특성을 조절할 수 있는 새로운 자기 메타물질을 생산하는 수단을 제공할 수 있을 것입니다.
"하드 디스크 드라이브나 MRAM과 같은 자기 저장 장치는 이번 혁신으로 큰 영향을 받을 수 있는 또 다른 분야입니다. 현재 장치들은 사용 가능한 3차원 중 2차원만 활용하기 때문에 저장할 수 있는 정보의 양에 한계가 있습니다. 하지만 자기장을 이용하여 모노폴을 3차원 격자 구조 내에서 이동시킬 수 있으므로, 자기 전하를 기반으로 하는 진정한 3차원 저장 장치를 구현하는 것이 가능해질 수 있습니다."
게시 시간: 2021년 5월 28일