Вчені зробили крок до створення потужних пристроїв, які використовуютьмагнітний заряду, створивши першу в історії тривимірну копію матеріалу, відомого як спін-лід.
Матеріали спінового льоду надзвичайно незвичайні, оскільки вони мають так звані дефекти, які поводяться як єдиний полюс магніту.
Ці однополюсні магніти, також відомі як магнітні монополи, не існують у природі;коли кожен магнітний матеріал розрізають на дві частини, він завжди створює новий магніт з північним і південним полюсами.
Десятиліттями вчені всюди шукали докази природного походженнямагнітний монополів у надії нарешті згрупувати фундаментальні сили природи в так звану теорію всього, об’єднавши всю фізику під одним дахом.
Однак останніми роками фізикам вдалося виготовити штучні версії магнітного монополя шляхом створення двовимірних спін-льодових матеріалів.
На сьогоднішній день ці структури успішно продемонстрували магнітний монополь, але неможливо отримати таку саму фізику, коли матеріал обмежений однією площиною.Дійсно, саме специфічна тривимірна геометрія решітки спін-лід є ключем до її незвичайної здатності створювати крихітні структури, які імітуютьмагнітниймонополів.
У новому дослідженні, опублікованому сьогодні в Nature Communications, команда під керівництвом вчених з Кардіффського університету створила першу в історії 3D-копію спін-льоду за допомогою складного типу 3D-друку та обробки.
Команда каже, що технологія 3D-друку дозволила їм адаптувати геометрію штучного спін-льоду, тобто вони можуть контролювати спосіб формування та переміщення магнітних монополів у системах.
За їх словами, можливість маніпулювати міні-магнітами-монополями в 3D може відкрити цілу низку застосувань, від розширеного комп’ютерного сховища до створення 3D-обчислювальних мереж, які імітують нейронну структуру людського мозку.
«Понад 10 років вчені створювали та вивчали штучний спін-лід у двох вимірах.Розширюючи такі системи до трьох вимірів, ми отримуємо набагато точніше представлення фізики спін-льоду монополів і можемо вивчати вплив поверхонь», – сказав провідний автор доктор Сем Ладак зі Школи фізики та астрономії Кардіффського університету.
«Це перший випадок, коли хтось зміг створити точну 3D-копію спінового льоду за дизайном у нанорозмірі».
Штучний спін-лід був створений з використанням найсучасніших технологій 3D-нанофабрикації, в яких крихітні нанодроти були складені в чотири шари в решітчасту структуру, яка сама по собі мала загальну ширину людської волосини.
Спеціальний тип мікроскопії, відомий як магнітно-силова мікроскопія, який чутливий до магнетизму, був використаний для візуалізації магнітних зарядів, присутніх на пристрої, дозволяючи команді відстежувати рух однополюсних магнітів по 3D-структурі.
«Наша робота важлива, оскільки вона показує, що нанорозмірні технології 3D-друку можна використовувати для імітації матеріалів, які зазвичай синтезуються за допомогою хімії», — продовжив доктор Ладак.
«Зрештою, ця робота може надати засоби для виробництва нових магнітних метаматеріалів, у яких властивості матеріалу налаштовуються шляхом керування 3D-геометрією штучної решітки.
«Магнітні запам’ятовуючі пристрої, такі як жорсткий диск або магнітна оперативна пам’ять, є ще однією сферою, на яку цей прорив може значно вплинути.Оскільки сучасні пристрої використовують лише два з трьох доступних вимірів, це обмежує кількість інформації, яку можна зберегти.Оскільки монополи можна переміщати навколо тривимірної решітки за допомогою магнітного поля, може бути можливим створити справжній тривимірний запам’ятовуючий пристрій на основі магнітного заряду».
Час публікації: 28 травня 2021 р