Tutkijat ovat ottaneet askeleen kohti tehokkaita magneettista varausta hyödyntävien laitteiden luomista luomalla kaikkien aikojen ensimmäisen kolmiulotteisen kopion spin-jäänä tunnetusta materiaalista.
Pyörivät jäämateriaalit ovat äärimmäisen epätavallisia, koska niissä on niin sanottuja vikoja, jotka käyttäytyvät kuin magneetin yksinapa.
Näitä yksinapaisia magneetteja, jotka tunnetaan myös magneettisina monopoleina, ei ole luonnossa;Kun jokainen magneettinen materiaali leikataan kahtia, se luo aina uuden magneetin, jolla on pohjois- ja etelänapa.
Tiedemiehet ovat vuosikymmenten ajan etsineet todisteita luonnossa esiintyvistä magneettisista monopoleista toivoen vihdoin ryhmittelevän luonnon perustavanlaatuiset voimat niin sanotuksi teoriaksi kaikesta ja kokoamalla koko fysiikan saman katon alle.
Viime vuosina fyysikot ovat kuitenkin onnistuneet tuottamaan keinotekoisia versioita magneettisesta monopolista luomalla kaksiulotteisia spin-jää -materiaaleja.
Tähän mennessä nämä rakenteet ovat onnistuneesti osoittaneet magneettisen monopolin, mutta on mahdotonta saavuttaa samaa fysiikkaa, kun materiaali on rajoitettu yhteen tasoon.Itse asiassa spin-jäähilan erityinen kolmiulotteinen geometria on avain sen epätavalliseen kykyyn luoda pieniä rakenteita, jotka jäljittelevät magneettisia monopoleja.
Uudessa tutkimuksessa, joka julkaistiin tänään Nature Communicationsissa, Cardiffin yliopiston tutkijoiden johtama ryhmä on luonut kaikkien aikojen ensimmäisen 3D-kopion spin-jää-materiaalista käyttämällä hienostunutta 3D-tulostusta ja -käsittelyä.
Tiimi sanoo, että 3D-tulostusteknologia on antanut heille mahdollisuuden räätälöidä keinotekoisen spin-jään geometriaa, mikä tarkoittaa, että he voivat hallita tapaa, jolla magneettiset monopolit muodostuvat ja liikkuvat järjestelmissä.
Mahdollisuus manipuloida minimonopolimagneetteja 3D-muodossa voi avata joukon sovelluksia, kuten he sanovat, tehostetusta tietokoneen tallennustilasta 3D-tietokoneverkkojen luomiseen, jotka jäljittelevät ihmisaivojen hermorakennetta.
"Yli 10 vuoden ajan tiedemiehet ovat luoneet ja tutkineet keinotekoista spin-jäätä kahdessa ulottuvuudessa.Laajentamalla tällaiset järjestelmät kolmiulotteisiksi saamme paljon tarkemman esityksen spin-jäämonopolifysiikasta ja pystymme tutkimaan pintojen vaikutusta", sanoi johtava kirjoittaja tohtori Sam Ladak Cardiffin yliopiston fysiikan ja tähtitieteen korkeakoulusta.
"Tämä on ensimmäinen kerta, kun kukaan on pystynyt luomaan tarkan 3D-kopion spin-jäästä nanomittakaavassa."
Keinotekoinen spin-jää luotiin huippuluokan 3D-nanovalmistustekniikoilla, joissa pienet nanolangat pinottiin neljään kerrokseen hilarakenteessa, joka itsessään oli pienempi kuin hiuksen kokonaisleveys.
Erikoistyyppistä magneettivoimamikroskooppia, joka on herkkä magnetismille, käytettiin sitten visualisoimaan laitteessa olevat magneettivaraukset, jolloin ryhmä pystyi seuraamaan yksinapaisten magneettien liikettä 3D-rakenteen poikki.
"Työmme on tärkeää, koska se osoittaa, että nanomittakaavan 3D-tulostustekniikoita voidaan käyttää matkimaan materiaaleja, jotka yleensä syntetisoidaan kemian avulla", jatkoi tohtori Ladak.
"Lopulta tämä työ voisi tarjota keinon tuottaa uusia magneettisia metamateriaaleja, joissa materiaalin ominaisuuksia säädetään ohjaamalla keinohilan 3D-geometriaa.
"Magneettiset tallennuslaitteet, kuten kiintolevyasema tai magneettiset käyttömuistilaitteet, ovat toinen alue, johon tämä läpimurto voi vaikuttaa voimakkaasti.Koska nykyiset laitteet käyttävät vain kahta kolmesta saatavilla olevasta ulottuvuudesta, tämä rajoittaa tallennettavan tiedon määrää.Koska monopoleja voidaan siirtää 3D-hilan ympäri magneettikentän avulla, voi olla mahdollista luoda todellinen 3D-tallennuslaite, joka perustuu magneettiseen varaukseen.
Postitusaika: 28.5.2021