科学家们朝着创造强大的设备迈出了一步磁通过创造第一个被称为自旋冰的材料的三维复制品来充电。
自旋冰材料非常不寻常，因为它们具有所谓的缺陷，其行为就像磁铁的单极。
这些单极磁铁，也被称为磁单极子，在自然界中并不存在;当每一种磁性材料被切成两半时，它总是会产生一个具有北极和南极的新磁体。
几十年来，科学家们一直在四处寻找自然发生的证据磁单极子希望最终能将自然界的基本力归纳成所谓的万有理论，把所有的物理学都放在一个屋檐下。
然而，近年来，物理学家通过创造二维自旋冰材料成功地制造出了人造磁单极子。
到目前为止，这些结构已经成功地证明了磁单极子，但当材料被限制在一个平面上时，不可能获得相同的物理特性。事实上，自旋冰晶格的特定三维几何结构是其创造模仿微小结构的不同寻常能力的关键磁磁单极子。
在今天发表在《自然通讯》上的一项新研究中，由卡迪夫大学的科学家领导的团队使用一种复杂的3D打印和处理方法，创造了有史以来第一个自旋冰材料的3D复制品。
该团队表示，3D打印技术使他们能够定制人造自旋冰的几何形状，这意味着他们可以控制磁单极子在系统中形成和移动的方式。
他们说，能够在3D中操作微型单极磁铁可以开辟一系列应用，从增强计算机存储到创建模拟人脑神经结构的3D计算网络。
“十多年来，科学家们一直在创造和研究二维人造自旋冰。通过将这样的系统扩展到三维，我们获得了自旋-冰单极子物理的更准确的表示，并能够研究表面的影响，”来自卡迪夫大学物理与天文学院的主要作者Sam Ladak博士说。
“这是第一次有人能够在纳米尺度上设计出自旋冰的精确3D复制品。”
人造自旋冰是用最先进的3D纳米制造技术制造出来的，其中微小的纳米线以晶格结构堆叠成四层，其整体宽度小于人类头发的宽度。
一种被称为磁力显微镜的特殊类型的显微镜，对磁性敏感，然后被用于可视化设备上存在的磁电荷，使团队能够跟踪单极磁铁在3D结构中的运动。
“我们的工作很重要，因为它表明纳米级3D打印技术可以用来模拟通常通过化学合成的材料，”拉达克博士继续说道。
“最终，这项工作可以提供一种生产新型磁性超材料的方法，其中材料的性质可以通过控制人造晶格的3D几何形状来调整。
“磁存储设备，如硬盘驱动器或磁随机存取存储设备，是这一突破可能会对另一个领域产生重大影响。由于目前的设备只使用三个维度中的两个，这限制了可以存储的信息量。由于磁单极子可以利用磁场在3D晶格中移动，因此有可能创建一个基于磁荷的真正3D存储设备。”
发布时间:2021年5月28日