Учените направиха крачка към създаването на мощни устройства, които използват магнитен заряд, като създадоха първото в историята триизмерно копие на материал, известен като спин-лед.
Материалите със спинов лед са изключително необичайни, тъй като притежават така наречените дефекти, които се държат като единичен полюс на магнит.
Тези еднополюсни магнити, известни също като магнитни монополи, не съществуват в природата;когато всеки магнитен материал се разреже на две, той винаги ще създава нов магнит със северен и южен полюс.
В продължение на десетилетия учените търсят надлъж и шир доказателства за естествено срещащи се магнитни монополи с надеждата най-накрая да групират основните природни сили в така наречената теория за всичко, поставяйки цялата физика под един покрив.
През последните години обаче физиците успяха да създадат изкуствени версии на магнитен монопол чрез създаването на двуизмерни въртящи се ледени материали.
Към днешна дата тези структури успешно са демонстрирали магнитен монопол, но е невъзможно да се получи същата физика, когато материалът е ограничен до една равнина.Всъщност специфичната триизмерна геометрия на спин-ледената решетка е ключова за нейната необичайна способност да създава малки структури, които имитират магнитни монополи.
В ново проучване, публикувано днес в Nature Communications, екип, ръководен от учени от университета в Кардиф, е създал първата по рода си 3D реплика на леден материал, използвайки усъвършенстван тип 3D печат и обработка.
Екипът казва, че технологията за 3D печат им е позволила да приспособят геометрията на изкуствения спин-лед, което означава, че могат да контролират начина, по който магнитните монополи се формират и движат в системите.
Възможността да се манипулират мини монополните магнити в 3D може да отвори цял набор от приложения, според тях, от подобрено компютърно съхранение до създаването на 3D изчислителни мрежи, които имитират невронната структура на човешкия мозък.
“Повечеот10годиниученитесъздаватиизучаватизкуствен въртящ се лед в две измерения.Чрез разширяване на такива системи до три измерения ние получаваме много по-точно представяне на монополната физика на спин-лед и сме в състояние да изследваме влиянието на повърхностите“, каза водещият автор д-р Сам Ладак от Училището по физика и астрономия на университета в Кардиф.
„Това е първият път, когато някой е успял да създаде точна 3D реплика на въртящ се лед, по дизайн, в наноразмер.“
Изкуственият въртящ се лед е създаден с помощта на най-съвременните 3D техники за нанопроизводство, при които малки наножици са подредени в четири слоя в решетъчна структура, която сама по себе си е с размери по-малки от общата ширина на човешки косъм.
Специален тип микроскопия, известна като магнитна силова микроскопия, която е чувствителна към магнетизъм, след това беше използвана за визуализиране на магнитните заряди, присъстващи на устройството, което позволява на екипа да проследи движението на еднополюсните магнити през 3D структурата.
„Нашата работа е важна, тъй като показва, че наномащабните технологии за 3D печат могат да се използват за имитиране на материали, които обикновено се синтезират чрез химия“, продължи д-р Ладак.
„В крайна сметка тази работа може да осигури средство за производство на нови магнитни метаматериали, където свойствата на материала се настройват чрез контролиране на 3D геометрията на изкуствена решетка.
„Магнитните устройства за съхранение, като твърд диск или магнитни устройства с произволен достъп, са друга област, която може да бъде силно засегната от този пробив.Тъй като настоящите устройства използват само две от трите налични измерения, това ограничава количеството информация, която може да се съхранява.Тъй като монополите могат да се движат около 3D решетката с помощта на магнитно поле, може да е възможно да се създаде истинско 3D устройство за съхранение, базирано на магнитен заряд.
Време на публикуване: 28 май 2021 г