人造3D單磁性納米結構有望改變現(xiàn)代計算
來源:cnBeta.COM
發(fā)布時間:2021-08-02
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  通過打造有史以來第一個被稱作“旋轉冰”的材料的 3D 復制品,科學家們已經(jīng)朝著利用磁荷的強大設備又更近了一步。在今日發(fā)表于《自然通訊》期刊上的一項新研究中,由卡迪夫大學科學家?guī)ьI的一支研究團隊,就憑借復雜的 3D 打印和處理方法,制成了世界上首個旋轉冰材料的 3D 復制品。

  SCI Tech Daily 指出,旋冰(spin-ice)材料的特殊之處,在于其具有所謂的單極磁體缺陷 —— 但它在自然界中并不存在。據(jù)悉,當每種磁性材料被切成兩半時,總會再形成一個具有南(S)北(N)極的新磁體。

  不過幾十年來,科學家們一直未放棄在到處尋找自然的磁單極子的例證。從而將自然的基本力歸入所謂的萬有理論,讓物理學能夠更好地集合到一個屋檐下。

  有趣的是,通過創(chuàng)造出二維的自旋冰材料,物理學家們已設法在近年制作出了人造版本的磁單極子。但迄今為止,當材料被限制在一個平面上時,它就不可能獲得獲得相同的物理特性。

  事實上,正是自旋冰晶格的特定三維幾何結構,是其創(chuàng)造模仿磁單極子的微小結構的非凡能力的最關鍵之處。

  研究團隊稱,在 3D 打印技術的加持下,他們得以定制人造自旋冰的幾何形狀,意味著他們能夠控制磁單極子的形成方式、及其在系統(tǒng)中的移動方式。

  此外能夠以 3D 方式操縱微型單極磁體,將為科學界開辟出大量的新應用 —— 從增強計算機存儲、到創(chuàng)建模擬人腦神經(jīng)結構的 3D 計算網(wǎng)絡。

  研究一作、卡迪夫大學物理與天文學院的 Sam Ladak 博士指出,這是首次有人通過人工設計,在納米尺度上打造自旋冰的精確 3D 復制品。

  “在持續(xù)了十多年的研究之后,科學家們已經(jīng)將此類系統(tǒng)擴展到三個維度,從而讓我們可以更準確地描繪自旋冰單極子的物理性質、并研究其表面的影響”。

  本次實驗中的人造自旋冰,使用了最先進的 3D 納米制造技術。其中微小的納米線,以晶格形式堆疊出了四層結構,而其本身的總寬度,仍小于人類的頭發(fā)絲直徑。

  之后,科學家使用了一種對磁性相當敏感的特殊類型的顯微鏡(磁力顯微鏡),用以將裝置上存在的電荷可視化,以便研究團隊能夠追蹤單極磁體在 3D 結構上的運動。

  Sam Ladak 博士補充道,其工作的重要性,在于表明了納米級 3D 打印技術可用于模擬此前需要化學合成才能制造的材料。

  最終,這項工作有望衍生出一種生產(chǎn)新型磁性超材料的方法。比如通過控制人工晶格的 3D 幾何形狀,來調(diào)節(jié)材料的相關特性。

  舉個例子,當前的機械硬盤 / 磁性隨機存儲裝置只能應用 3D 維度中的 2D 結構,但這顯然限制了它能夠存儲的信息量。

  如果能夠充分利用磁性單極子來圍繞 3D 晶格移動,則有望打造出真正的 3D 存儲設備。

  有關這項研究的詳情,已經(jīng)發(fā)表在近日出版的《自然通訊》(Nature Communications)期刊上,

  原標題為《三維人造自旋冰上的磁荷傳播》(Magnetic charge propagation upon a 3D artificial spin-ice)。


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