Gli scienziati hanno fatto un passo avanti verso la creazione di potenti dispositivi che sfruttano la carica magnetica creando la prima replica tridimensionale in assoluto di un materiale noto come spin-ice.
I materiali del ghiaccio di spin sono estremamente insoliti in quanto possiedono i cosiddetti difetti che si comportano come il polo unico di un magnete.
Questi magneti unipolari, noti anche come monopoli magnetici, non esistono in natura;quando ogni materiale magnetico viene tagliato in due, creerà sempre un nuovo magnete con un polo nord e uno sud.
每decenni gli scienziati汉诺cercato lungoe in largo per la prova dei monopoli magnetici presenti in natura nella speranza di raggruppare finalmente le forze fondamentali della natura in una cosiddetta teoria del tutto, mettendo tutta la fisica sotto lo stesso tetto.
Tuttavia, negli ultimi anni i fisici sono riusciti a produrre versioni artificiali di un monopolo magnetico attraverso la creazione di materiali spin-ice bidimensionali.
Ad oggi queste strutture hanno dimostrato con successo un monopolio magnetico, ma è impossibile ottenere la stessa fisica quando il materiale è confinato su un unico piano.In effetti, è la specifica geometria tridimensionale del reticolo spin-ghiaccio che è la chiave della sua insolita capacità di creare strutture minuscole che imitano i monopoli magnetici.
In un nuovo studio pubblicato oggi su Nature Communications, un team guidato da scienziati dell'Università di Cardiff ha creato la prima replica 3D in assoluto di un materiale di ghiaccio rotante utilizzando un tipo sofisticato di stampa ed elaborazione 3D.
Il team afferma che la tecnologia di stampa 3D ha permesso loro di personalizzare la geometria del ghiaccio artificiale, il che significa che possono controllare il modo in cui i monopoli magnetici si formano e si spostano nei sistemi.
Essere in grado di manipolare i mini magneti monopolistici in 3D potrebbe aprire un'intera serie di applicazioni, dall'archiviazione avanzata del computer alla creazione di reti informatiche 3D che imitano la struttura neurale del cervello umano.
“Da oltre 10 anni gli scienziati creano e studiano il ghiaccio artificiale in due dimensioni.Estendendo tali sistemi a tre dimensioni, otteniamo una rappresentazione molto più accurata della fisica del monopolio del ghiaccio di spin e siamo in grado di studiare l'impatto delle superfici", ha affermato l'autore principale, il dottor Sam Ladak della School of Physics and Astronomy dell'Università di Cardiff.
"Questa è la prima volta che qualcuno è stato in grado di creare una replica 3D esatta di un ghiaccio rotante, in base alla progettazione, su scala nanometrica".
Lo spin-ice artificiale è stato creato utilizzando tecniche di nanofabbricazione 3D all'avanguardia in cui minuscoli nanofili sono stati impilati in quattro strati in una struttura reticolare, che a sua volta misurava meno della larghezza complessiva di un capello umano.
Un tipo speciale di microscopia noto come microscopia a forza magnetica, sensibile al magnetismo, è stato quindi utilizzato per visualizzare le cariche magnetiche presenti sul dispositivo, consentendo al team di tracciare il movimento dei magneti unipolari attraverso la struttura 3D.
"Il nostro lavoro è importante poiché mostra che le tecnologie di stampa 3D su scala nanometrica possono essere utilizzate per imitare materiali che di solito vengono sintetizzati tramite chimica", ha continuato il dottor Ladak.
“In definitiva, questo lavoro potrebbe fornire un mezzo per produrre nuovi metamateriali magnetici, in cui le proprietà del materiale sono sintonizzate controllando la geometria 3D di un reticolo artificiale.
“I dispositivi di archiviazione magnetici, come un'unità disco rigido o dispositivi di memoria magnetica ad accesso casuale, sono un'altra area che potrebbe essere fortemente influenzata da questa svolta.Poiché i dispositivi attuali utilizzano solo due delle tre dimensioni disponibili, ciò limita la quantità di informazioni che possono essere archiviate.Poiché i monopoli possono essere spostati attorno al reticolo 3D utilizzando un campo magnetico, potrebbe essere possibile creare un vero dispositivo di archiviazione 3D basato sulla carica magnetica".
Tempo di pubblicazione: 28-maggio-2021