دانشمندان با ساختن اولین ماکت سه بعدی از ماده ای به نام اسپین یخ، گامی به سوی ساخت دستگاه های قدرتمندی برداشته اند که بار مغناطیسی را مهار می کنند.
مواد یخ چرخشی بسیار غیرمعمول هستند زیرا به اصطلاح دارای نقص هایی هستند که مانند یک قطب یک آهنربا رفتار می کنند.
این آهنرباهای تک قطبی که به عنوان تک قطبی مغناطیسی نیز شناخته می شوند، در طبیعت وجود ندارند.هنگامی که هر ماده مغناطیسی به دو قسمت تقسیم می شود، همیشه یک آهنربای جدید با قطب شمال و جنوب ایجاد می کند.
دهههاست که دانشمندان به دنبال شواهدی از تک قطبیهای مغناطیسی طبیعی بودهاند به این امید که در نهایت نیروهای بنیادی طبیعت را در یک نظریه به اصطلاح همه چیز گروهبندی کنند و تمام فیزیک را زیر یک سقف قرار دهند.
با این حال، در سال های اخیر فیزیکدانان موفق به تولید نسخه های مصنوعی از یک تک قطبی مغناطیسی از طریق ایجاد مواد دو بعدی اسپین-یخ شده اند.
تا به امروز، این ساختارها با موفقیت یک تک قطبی مغناطیسی را نشان دادهاند، اما زمانی که مواد به یک صفحه محدود میشوند، نمیتوان همان فیزیک را به دست آورد.در واقع، این هندسه سه بعدی خاص شبکه اسپین-یخ است که کلید توانایی غیرعادی آن برای ایجاد ساختارهای کوچکی است که تک قطبی های مغناطیسی را تقلید می کنند.
در یک مطالعه جدید که امروز در Nature Communications منتشر شد، تیمی به رهبری دانشمندان دانشگاه کاردیف با استفاده از یک نوع پیچیده از پرینت سه بعدی و پردازش، اولین کپی سه بعدی از یک ماده اسپین یخ را ایجاد کردند.
این تیم میگویند فناوری چاپ سهبعدی به آنها این امکان را میدهد تا هندسه یخ اسپین مصنوعی را تنظیم کنند، به این معنی که میتوانند نحوه شکلگیری و حرکت تکقطبیهای مغناطیسی را در سیستمها کنترل کنند.
بهگفتهآنها،تواناییدستکاریآهنرباهایتکقطبیکوچک به صورت سه بعدی می تواند طیف گسترده ای از برنامه ها را باز کند، از ذخیره سازی کامپیوتری پیشرفته گرفته تا ایجاد شبکه های محاسباتی سه بعدی که ساختار عصبی مغز انسان را تقلید می کنند.
بیش از 10 سال است که دانشمندان در حال ایجاد و مطالعه یخ مصنوعی در دو بعد بوده اند.دکتر سام لاداک، نویسنده ارشد این مقاله از دانشکده فیزیک و نجوم دانشگاه کاردیف، گفت: با گسترش چنین سیستمهایی به سه بعدی، ما نمایش دقیقتری از فیزیک تک قطبی یخ چرخشی به دست میآوریم و میتوانیم تأثیر سطوح را مطالعه کنیم.
این اولین باری است که کسی توانسته است یک کپی سه بعدی دقیق از اسپین یخ، با طراحی، در مقیاس نانو ایجاد کند.
اسپین یخ مصنوعی با استفاده از تکنیکهای پیشرفته نانوساخت سهبعدی ایجاد شد که در آن نانوسیمهای ریز در چهار لایه در ساختار شبکهای چیده شدند که خود کمتر از عرض کلی یک موی انسان بود.
نوع خاصی از میکروسکوپ به نام میکروسکوپ نیروی مغناطیسی که به مغناطیس حساس است، برای تجسم بارهای مغناطیسی موجود در دستگاه استفاده شد و به تیم اجازه داد حرکت آهنرباهای تک قطبی را در ساختار سه بعدی ردیابی کند.
دکتر لاداک ادامه داد: "کار ما مهم است زیرا نشان می دهد که فناوری های چاپ سه بعدی در مقیاس نانو را می توان برای تقلید از موادی استفاده کرد که معمولاً از طریق شیمی سنتز می شوند."
در نهایت، این کار میتواند وسیلهای برای تولید فرامواد مغناطیسی جدید باشد، جایی که خواص مواد با کنترل هندسه سهبعدی یک شبکه مصنوعی تنظیم میشوند.
«دستگاههای ذخیرهسازی مغناطیسی، مانند درایو دیسک سخت یا دستگاههای حافظه تصادفی مغناطیسی، حوزه دیگری است که میتواند به شدت تحت تأثیر این پیشرفت قرار گیرد.از آنجایی که دستگاههای فعلی فقط از دو بعد از سه بعد موجود استفاده میکنند، این مقدار اطلاعاتی را که میتوان ذخیره کرد محدود میکند.از آنجایی که تک قطبی ها را می توان با استفاده از یک میدان مغناطیسی در اطراف شبکه سه بعدی حرکت داد، ممکن است بتوان یک دستگاه ذخیره سازی سه بعدی واقعی بر اساس بار مغناطیسی ایجاد کرد.
زمان ارسال: مه-28-2021