3D磁性纳米结构的突破可能会改变现代计算

科学家已经朝着制造强大的装置迈出了一步，该装置通过制造称为自旋冰的材料的第一个三维复制品来利用磁力。旋冰材料非常不寻常，因为它们具有所谓的缺陷，表现为磁体的单极。

这些单极磁铁，也称为磁单极，自然界中并不存在;当每种磁性材料被切成两半时，它总会产生一个具有北极和南极的新磁铁。

几十年来，科学家们一直在四处寻找自然发生磁单极子的证据，希望最终将自然的基本力归为所谓的万有理论，将所有物理学都集中在一个屋檐下。

然而，近年来，物理学家通过创造二维自旋冰材料，设法制造出人造版本的磁单极子。

迄今为止，这些结构已经成功地证明了磁单极子，但是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，正是自旋冰晶格的特定三维几何结构是其创造模仿磁单极子的微小结构的非凡能力的关键。

在今天发表在Nature Communications 上的一项新研究中，由卡迪夫大学科学家领导的一个团队使用复杂的 3D 打印和处理方法创建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的形成方式和系统中的移动方式。

能够在 3D 中操纵迷你单极磁铁可以打开他们所说的大量应用程序，从增强的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。通过将此类系统扩展到三维，我们获得了更准确的自旋冰单极物理表征，并能够研究表面的影响， ” 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通过设计在纳米尺度上创建自旋冰的精确 3D 复制品。”

人造自旋冰是使用最先进的 3D 纳米制造技术制造的，其中微小的纳米线以晶格结构堆叠成四层，其本身的总宽度小于人类头发的宽度。

然后使用一种特殊类型的显微镜，称为磁力显微镜，对磁性敏感，然后用于可视化设备上存在的磁荷，使团队能够跟踪单极磁铁在 3D 结构上的运动。

“我们的工作很重要，因为它表明纳米级 3D 打印技术可用于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，通过控制人工晶格的 3D 几何形状来调整材料特性。

“磁存储设备，如硬盘驱动器或磁性随机存取存储器设备，是另一个可能受到这一突破影响的领域。由于当前的设备只使用可用的三个维度中的两个，这限制了信息量可以存储。由于可以使用磁场在 3D 晶格周围移动单极子，因此可以基于磁荷创建真正的 3D 存储设备。”

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