Forskare har tagit ett steg mot skapandet av kraftfulla apparater som utnyttjarmagnetisk laddning genom att skapa den första tredimensionella kopian av ett material som kallas en spin-is.
Spin ismaterial är extremt ovanliga eftersom de har så kallade defekter som beter sig som en magnetens enda pol.
Dessa enstaka polmagneter, även kända som magnetiska monopoler, finns inte i naturen; När varje magnetmaterial skärs i två kommer det alltid att skapa en ny magnet med en nord- och sydpol.
I decennier har forskare tittat långt och brett ut för bevis på att naturligt inträffademagnetisk Monopoles i hopp om att äntligen gruppera de grundläggande naturens krafter i en så kallad teori om allt, sätta all fysik under ett tak.
Under de senaste åren har emellertid fysiker lyckats producera konstgjorda versioner av en magnetisk monopol genom skapandet av tvådimensionella spin-is-material.
Hittills har dessa strukturer framgångsrikt visat en magnetisk monopol, men det är omöjligt att få samma fysik när materialet är begränsat till ett enda plan. Det är faktiskt den specifika tredimensionella geometrien för spin-is-gitteret som är nyckeln till dess ovanliga förmåga att skapa små strukturer som efterliknarmagnetiskmonopoler.
I en ny studie som publicerades idag i Nature Communications har ett team som leds av forskare vid Cardiff University skapat den första 3D-kopia någonsin av ett spin-is-material med en sofistikerad typ av 3D-tryckning och bearbetning.
Teamet säger att 3D-trycktekniken har gjort det möjligt för dem att skräddarsy geometrien för den konstgjorda spin-isen, vilket innebär att de kan kontrollera hur de magnetiska monopolerna bildas och flyttas runt i systemen.
Att kunna manipulera Mini -monopolmagneterna i 3D kan öppna upp en hel mängd applikationer som de säger, från förbättrad datorlagring till skapandet av 3D -datornätverk som efterliknar den neurala strukturen i den mänskliga hjärnan.
”I över tio år har forskare skapat och studerat konstgjord spin-is i två dimensioner. Genom att utvidga sådana system till tre-dimensioner får vi en mycket mer exakt representation av spin-is-monopolfysik och kan studera effekterna av ytor, säger huvudförfattaren Dr. Sam Ladak från Cardiff University's School of Physics and Astronomy.
"Det här är första gången som någon har kunnat skapa en exakt 3D-kopia av en spin-is, genom design, på nanoskala."
Den konstgjorda spin-isen skapades med hjälp av modernaste 3D-nanofabriceringstekniker där små nanotrådar staplades i fyra lager i en gitterstruktur, som själv mätte mindre än ett mänskligt hårbredd totalt.
En speciell typ av mikroskopi känd som magnetisk kraftmikroskopi, som är känslig för magnetism, användes sedan för att visualisera de magnetiska laddningarna som finns på enheten, vilket gör att teamet kan spåra rörelsen av enkelpolmagneterna över 3D-strukturen.
"Vårt arbete är viktigt eftersom det visar att nanoskala 3D -trycktekniker kan användas för att härma material som vanligtvis syntetiseras via kemi," fortsatte Dr. Ladak.
”I slutändan kan detta arbete ge ett sätt att producera nya magnetiska metamaterial, där materialegenskaperna är inställda genom att kontrollera 3D -geometri för ett konstgjort.
”Magnetiska lagringsenheter, till exempel en hårddisk eller magnetisk slumpmässig åtkomstminnesenheter, är ett annat område som kan påverkas massivt av detta genombrott. Eftersom nuvarande enheter endast använder två av de tre tillgängliga dimensionerna, begränsar detta mängden information som kan lagras. Eftersom monopolerna kan flyttas runt 3D -gitteret med hjälp av ett magnetfält kan det vara möjligt att skapa en riktig 3D -lagringsanordning baserad på magnetisk laddning. ”
Posttid: maj-28-2021