นักวิทยาศาสตร์ได้ก้าวไปสู่การสร้างอุปกรณ์ที่ทรงพลังที่ควบคุมเกี่ยวกับแม่เหล็ก ชาร์จโดยการสร้างแบบจำลองสามมิติครั้งแรกของวัสดุที่รู้จักกันในชื่อสปินโอก
วัสดุน้ำแข็งหมุนนั้นผิดปกติอย่างมากเนื่องจากมีข้อบกพร่องที่เรียกว่าซึ่งทำหน้าที่เป็นเสาเดียวของแม่เหล็ก
แม่เหล็กเสาเดี่ยวเหล่านี้หรือที่รู้จักกันในชื่อ Magnetic Monopoles ไม่มีอยู่ในธรรมชาติ เมื่อวัสดุแม่เหล็กทุกชิ้นถูกตัดเป็นสองตัวมันจะสร้างแม่เหล็กใหม่ด้วยขั้วโลกเหนือและใต้
เป็นเวลาหลายทศวรรษแล้วที่นักวิทยาศาสตร์มองไปไกลและกว้างสำหรับหลักฐานของการเกิดขึ้นตามธรรมชาติเกี่ยวกับแม่เหล็ก Monopoles ด้วยความหวังว่าในที่สุดการจัดกลุ่มกองกำลังพื้นฐานของธรรมชาติให้เป็นทฤษฎีที่เรียกว่าทุกอย่างทำให้ฟิสิกส์ทั้งหมดอยู่ภายใต้หลังคาเดียวกัน
อย่างไรก็ตามในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมานักฟิสิกส์ได้จัดการผลิตโมโนโพลแม่เหล็กรุ่นเทียมผ่านการสร้างวัสดุสปิน-น้ำแข็งสองมิติ
จนถึงปัจจุบันโครงสร้างเหล่านี้ประสบความสำเร็จในการแสดงให้เห็นถึง monopole แม่เหล็ก แต่ก็เป็นไปไม่ได้ที่จะได้รับฟิสิกส์เดียวกันเมื่อวัสดุถูก จำกัด อยู่ที่ระนาบเดียว อันที่จริงมันเป็นรูปทรงเรขาคณิตสามมิติเฉพาะของตาข่ายสปิน-น้ำแข็งซึ่งเป็นกุญแจสำคัญในความสามารถที่ผิดปกติในการสร้างโครงสร้างเล็ก ๆ ที่เลียนแบบเกี่ยวกับแม่เหล็กMonopoles
ในการศึกษาใหม่ที่ตีพิมพ์ในวันนี้ใน Nature Communications ทีมที่นำโดยนักวิทยาศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยคาร์ดิฟฟ์ได้สร้างแบบจำลอง 3 มิติครั้งแรกของวัสดุสปินเอทโดยใช้การพิมพ์และประมวลผล 3 มิติที่ซับซ้อน
ทีมบอกว่าเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติทำให้พวกเขาสามารถปรับรูปทรงเรขาคณิตของน้ำแข็งสปินเทียมซึ่งหมายความว่าพวกเขาสามารถควบคุมวิธีที่การผูกขาดแม่เหล็กถูกสร้างขึ้นและเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ ในระบบ
ความสามารถในการจัดการกับแม่เหล็ก monopole ขนาดเล็กใน 3D สามารถเปิดแอปพลิเคชันโฮสต์ทั้งหมดที่พวกเขากล่าวจากการจัดเก็บคอมพิวเตอร์ที่ปรับปรุงแล้วไปจนถึงการสร้างเครือข่ายคอมพิวเตอร์ 3 มิติที่เลียนแบบโครงสร้างระบบประสาทของสมองมนุษย์
“ เป็นเวลากว่า 10 ปีที่นักวิทยาศาสตร์กำลังสร้างและศึกษาการหมุนเทียมเทียมในสองมิติ ด้วยการขยายระบบดังกล่าวไปยังสามมิติเราจะได้รับการเป็นตัวแทนที่แม่นยำยิ่งขึ้นของฟิสิกส์โมโนโพลสปิน-น้ำแข็งและสามารถศึกษาผลกระทบของพื้นผิวได้
“ นี่เป็นครั้งแรกที่ทุกคนสามารถสร้างแบบจำลอง 3 มิติที่แน่นอนของสปินโอกโดยการออกแบบบนระดับนาโน”
น้ำแข็งสปินเทียมถูกสร้างขึ้นโดยใช้เทคนิคการสร้างนาโนฟ่าแบบ 3 มิติที่ล้ำสมัยซึ่งนาโนขนาดเล็กถูกซ้อนกันเป็นสี่ชั้นในโครงสร้างตาข่ายซึ่งวัดได้น้อยกว่าความกว้างของเส้นผมของมนุษย์โดยรวม
กล้องจุลทรรศน์ชนิดพิเศษที่รู้จักกันในชื่อกล้องจุลทรรศน์แรงแม่เหล็กซึ่งมีความอ่อนไหวต่อแม่เหล็กถูกนำมาใช้เพื่อให้เห็นภาพประจุไฟฟ้าที่มีอยู่บนอุปกรณ์ทำให้ทีมสามารถติดตามการเคลื่อนที่ของแม่เหล็กขั้วเดียวในโครงสร้าง 3 มิติ
“ งานของเรามีความสำคัญเนื่องจากมันแสดงให้เห็นว่าเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติระดับนาโนสามารถใช้ในการเลียนแบบวัสดุที่มักจะสังเคราะห์ผ่านทางเคมี” ดร. ลาดัคกล่าวต่อ
“ ในที่สุดงานนี้อาจเป็นวิธีการผลิต metamaterials แม่เหล็กใหม่ซึ่งคุณสมบัติของวัสดุได้รับการปรับแต่งโดยการควบคุมรูปทรงเรขาคณิต 3 มิติของตาข่ายเทียม
“ อุปกรณ์จัดเก็บแม่เหล็กเช่นฮาร์ดดิสก์ไดรฟ์หรืออุปกรณ์หน่วยความจำการเข้าถึงแม่เหล็กแบบสุ่มเป็นอีกพื้นที่หนึ่งที่อาจได้รับผลกระทบอย่างมากจากการพัฒนานี้ เนื่องจากอุปกรณ์ปัจจุบันใช้เพียงสองในสามมิติที่มีอยู่สิ่งนี้จะ จำกัด ปริมาณข้อมูลที่สามารถเก็บไว้ได้ เนื่องจาก monopoles สามารถเคลื่อนย้ายไปรอบ ๆ ตาข่าย 3 มิติโดยใช้สนามแม่เหล็กจึงอาจเป็นไปได้ที่จะสร้างอุปกรณ์จัดเก็บ 3 มิติที่แท้จริงตามประจุแม่เหล็ก”
เวลาโพสต์: พฤษภาคม -28-2021