Vedci urobili krok smerom k vytvoreniu výkonných zariadení, ktoré využívajúmagnetické náboj vytvorením vôbec prvej trojrozmernej repliky materiálu známeho ako spin-ice.
Spin ice materiály sú mimoriadne nezvyčajné, pretože majú takzvané defekty, ktoré sa správajú ako jeden pól magnetu.
Tieto jednopólové magnety, tiež známe ako magnetické monopóly, v prírode neexistujú;keď sa každý magnetický materiál rozreže na dva, vždy sa vytvorí nový magnet so severným a južným pólom.
Po celé desaťročia vedci hľadali dôkazy o prirodzenej existenciimagnetické monopoly v nádeji, že konečne zoskupia základné prírodné sily do takzvanej teórie všetkého, čím sa celá fyzika dostane pod jednu strechu.
V posledných rokoch sa však fyzikom podarilo vytvoriť umelé verzie magnetického monopólu vytvorením dvojrozmerných materiálov spin-ice.
Doteraz tieto štruktúry úspešne demonštrovali magnetický monopól, ale je nemožné získať rovnakú fyziku, keď je materiál obmedzený na jednu rovinu.V skutočnosti je to špecifická trojrozmerná geometria mriežky spin-ice, ktorá je kľúčom k jej nezvyčajnej schopnosti vytvárať drobné štruktúry, ktoré napodobňujúmagnetickémonopoly.
V novej štúdii zverejnenej dnes v Nature Communications tím vedený vedcami z Cardiffskej univerzity vytvoril vôbec prvú 3D repliku spin-ice materiálu pomocou sofistikovaného typu 3D tlače a spracovania.
Tím tvrdí, že technológia 3D tlače im umožnila prispôsobiť geometriu umelého ľadu, čo znamená, že môžu kontrolovať spôsob, akým sa magnetické monopóly vytvárajú a pohybujú v systémoch.
Schopnosť manipulovať s minimonopolovými magnetmi v 3D by podľa nich mohla otvoriť celý rad aplikácií, od vylepšeného ukladania počítača až po vytvorenie 3D počítačových sietí, ktoré napodobňujú neurónovú štruktúru ľudského mozgu.
„Vedci už viac ako 10 rokov vytvárajú a študujú umelý ľad v dvoch rozmeroch.Rozšírením takýchto systémov na trojrozmerné rozmery získame oveľa presnejšiu reprezentáciu fyziky spin-ice monopolu a dokážeme študovať vplyv povrchov,“ povedal hlavný autor Dr. Sam Ladak z Cardiff University's School of Physics and Astronomy.
"Je to prvýkrát, čo bol niekto schopný vytvoriť presnú 3D repliku ľadu, podľa návrhu, v nanoúrovni."
Umelý spin-ľad bol vytvorený pomocou najmodernejších techník 3D nanofabrikácie, v ktorých boli drobné nanovlákna naskladané do štyroch vrstiev v mriežkovej štruktúre, ktorá samotná merala celkovo menej ako ľudský vlas.
Špeciálny typ mikroskopie známy ako mikroskopia magnetickej sily, ktorý je citlivý na magnetizmus, sa potom použil na vizualizáciu magnetických nábojov prítomných na zariadení, čo tímu umožnilo sledovať pohyb jednopólových magnetov cez 3D štruktúru.
„Naša práca je dôležitá, pretože ukazuje, že technológie 3D tlače nanometrov možno použiť na napodobenie materiálov, ktoré sa zvyčajne syntetizujú chémiou,“ pokračoval Dr. Ladák.
„V konečnom dôsledku by táto práca mohla poskytnúť prostriedok na výrobu nových magnetických metamateriálov, kde sú vlastnosti materiálu vyladené riadením 3D geometrie umelej mriežky.
„Magnetické úložné zariadenia, ako je pevný disk alebo magnetické pamäťové zariadenia s náhodným prístupom, sú ďalšou oblasťou, ktorá by mohla byť masívne ovplyvnená týmto prelomom.Keďže súčasné zariadenia používajú iba dve z troch dostupných dimenzií, obmedzuje to množstvo informácií, ktoré je možné uložiť.Keďže monopóly sa môžu pohybovať okolo 3D mriežky pomocou magnetického poľa, môže byť možné vytvoriť skutočné 3D úložné zariadenie založené na magnetickom náboji.
Čas odoslania: 28. mája 2021