Wetenschappers hebben een stap gezet in de richting van het creëren van krachtige apparaten die harnas zijnmagnetisch lading door de allereerste driedimensionale replica ooit te maken van een materiaal dat bekend staat als een spin-ijs.
Spin-ijs materialen zijn extreem ongebruikelijk omdat ze zogenaamde defecten bezitten die zich gedragen als de enkele pool van een magneet.
Deze enkele poolmagneten, ook bekend als magnetische monopoles, bestaan niet in de natuur; Wanneer elk magnetisch materiaal in twee wordt gesneden, zal dit altijd een nieuwe magneet creëren met een noord- en zuidpool.
Al tientallen jaren zien wetenschappers verreweg op zoek naar bewijs van natuurlijk voorkomendemagnetisch Monopoles in de hoop eindelijk de fundamentele natuurkrachten te groeperen in een zogenaamde theorie van alles, waardoor alle fysica onder één dak wordt geplaatst.
In de afgelopen jaren zijn natuurkundigen er echter in geslaagd kunstmatige versies van een magnetische monopool te produceren door het creëren van tweedimensionale spin-ijsmaterialen.
Tot op heden hebben deze structuren met succes een magnetische monopool aangetoond, maar het is onmogelijk om dezelfde fysica te verkrijgen wanneer het materiaal beperkt is tot een enkel vlak. Het is inderdaad de specifieke driedimensionale geometrie van het spin-ijsrooster dat de sleutel is tot zijn ongebruikelijke vermogen om kleine structuren te creëren die nabootsenmagnetischMonopoles.
In een nieuwe studie die vandaag is gepubliceerd in Nature Communications, heeft een team onder leiding van wetenschappers van de Universiteit van Cardiff de eerste 3D-replica ooit gemaakt van een spin-ijs materiaal met behulp van een verfijnd type 3D-printen en verwerking.
Het team zegt dat de 3D-printtechnologie hen in staat heeft gesteld om de geometrie van de kunstmatige spin-ijs aan te passen, wat betekent dat ze de manier kunnen regelen waarop de magnetische monopoles worden gevormd en in de systemen worden verplaatst.
In staat zijn om de mini -monopoolmagneten in 3D te manipuleren, zou een hele reeks toepassingen kunnen openen die ze zeggen, van verbeterde computeropslag tot het maken van 3D -computernetwerken die de neurale structuur van het menselijk brein nabootsen.
“Al meer dan 10 jaar creëren en bestuderen wetenschappers kunstmatige spin-ijs in twee dimensies. Door dergelijke systemen uit te breiden naar driedimensies, krijgen we een veel nauwkeuriger weergave van spin-ijs monopolfysica en kunnen we de impact van oppervlakken bestuderen, ”zei hoofdauteur Dr. Sam Ladak van de School of Physics and Astronomy van Cardiff University.
"Dit is de eerste keer dat iemand een exacte 3D-replica van een spin-ijs, door ontwerp, op nanoschaal heeft kunnen maken."
De kunstmatige spin-ijs werd gemaakt met behulp van ultramoderne 3D-nanofabricatietechnieken waarin kleine nanodraden werden gestapeld in vier lagen in een roosterstructuur, die zelf minder dan de breedte van een menselijk haar gemeten in het algemeen.
Een speciaal type microscopie dat bekend staat als magnetische krachtmicroscopie, die gevoelig is voor magnetisme, werd vervolgens gebruikt om de magnetische ladingen op het apparaat te visualiseren, waardoor het team de beweging van de single-pol-magneten over de 3D-structuur kon volgen.
"Ons werk is belangrijk omdat het laat zien dat 3D -printtechnologieën op nanoschaal kunnen worden gebruikt om materialen na te bootsen die meestal worden gesynthetiseerd via chemie," vervolgde Dr. Ladak.
“Uiteindelijk kan dit werk een middel bieden om nieuwe magnetische metamaterialen te produceren, waarbij de materiaaleigenschappen worden afgestemd door de 3D -geometrie van een kunstmatig rooster te regelen.
“Magnetische opslagapparaten, zoals een harde schijfstation of magnetische willekeurige toegangsgeheugenapparaten, is een ander gebied dat massaal kan worden beïnvloed door deze doorbraak. Omdat huidige apparaten slechts twee van de drie beschikbare dimensies gebruiken, beperkt dit de hoeveelheid informatie die kan worden opgeslagen. Omdat de monopoles rond het 3D -rooster kunnen worden verplaatst met behulp van een magnetisch veld, kan het mogelijk zijn om een echt 3D -opslagapparaat te maken op basis van magnetische lading. ”
Posttijd: mei-28-2021