科学者たちは、スピンアイスと呼ばれる材料の最初の3次元レプリカを作成することにより、磁気電荷を利用する強力なデバイスの作成に向けた一歩を踏み出しました。
スピンアイス材料は、磁石の単極として振る舞ういわゆる欠陥を持っているため、非常に珍しいものです。
磁気単極子としても知られるこれらの単極磁石は、自然界には存在しません。すべての磁性材料が2つに切断されると、常にN極とS極を持つ新しい磁石が作成されます。
科学者たちは何十年もの間、自然の基本的な力をいわゆる万物の理論にまとめ、すべての物理学を1つの屋根の下に置くことを期待して、自然に発生する磁気単極子の証拠を幅広く探してきました。
しかし、近年、物理学者は、2次元のスピンアイス材料を作成することにより、磁気単極子の人工バージョンを作成することに成功しました。
今日まで、これらの構造は磁気単極子をうまく実証してきましたが、材料が単一の平面に閉じ込められている場合、同じ物理学を得るのは不可能です。確かに、磁気単極子を模倣する小さな構造を作成するその異常な能力の鍵となるのは、スピンアイス格子の特定の3次元形状です。
ネイチャーコミュニケーションズで本日発表された新しい研究では、カーディフ大学の科学者が率いるチームが、洗練されたタイプの3D印刷と処理を使用して、スピンアイス材料の初めての3Dレプリカを作成しました。
チームは、3D印刷技術により、人工スピンアイスの形状を調整できるようになったと述べています。つまり、システム内で磁気単極子が形成され、移動する方法を制御できます。
ミニ単極磁石を3Dで操作できることで、強化されたコンピューターストレージから、人間の脳の神経構造を模倣する3Dコンピューティングネットワークの作成まで、彼らが言う多くのアプリケーションを開くことができます。
「10年以上の間、科学者は2次元で人工スピンアイスを作成して研究してきました。このようなシステムを3次元に拡張することで、スピンアイス単極子物理学のより正確な表現が得られ、表面の影響を研究することができます」とカーディフ大学物理学および天文学部の主執筆者であるサムラダク博士は述べています。
「これは、誰もがナノスケールでスピンアイスの正確な3Dレプリカを設計により作成できるのは初めてのことです。」
人工スピンアイスは、最先端の3Dナノファブリケーション技術を使用して作成されました。この技術では、小さなナノワイヤーが格子構造で4層に積み重ねられ、それ自体が人間の髪の毛の幅よりも小さくなっています。
次に、磁気に敏感な磁気力顕微鏡と呼ばれる特殊なタイプの顕微鏡を使用して、デバイスに存在する磁気電荷を視覚化し、チームが3D構造全体の単極磁石の動きを追跡できるようにしました。
「私たちの研究は、ナノスケールの3D印刷技術を使用して、通常は化学によって合成される材料を模倣できることを示しているため、重要です」とLadak博士は続けます。
「最終的に、この作業は、人工格子の3Dジオメトリを制御することによって材料特性を調整する、新しい磁性メタマテリアルを生成する手段を提供する可能性があります。
「ハードディスクドライブや磁気ランダムアクセスメモリデバイスなどの磁気ストレージデバイスは、この画期的な技術によって大きな影響を受ける可能性のあるもう1つの分野です。現在のデバイスは利用可能な3つの次元のうち2つしか使用していないため、これにより保存できる情報の量が制限されます。単極子は磁場を使用して3D格子の周りを移動できるため、磁気電荷に基づいて真の3Dストレージデバイスを作成できる可能性があります。」
投稿時間：2021年5月28日