A spin-jég anyagok rendkívül szokatlanok, mivel úgynevezett defektusaik vannak, amelyek úgy viselkednek, mint egy mágnes egyetlen pólusa. Ezek az egypólusú mágnesek, más néven mágneses monopólusok a természetben nem léteznek. Ha minden mágneses anyagot kettévágunk, mindig egy új mágnes jön létre északi és déli pólussal.
A tudósok évtizedek óta keresik messze földön a természetben előforduló mágneses monopólusok bizonyítékait, abban a reményben, hogy végre a természet alapvető erőit az úgynevezett mindenség elméletébe terelhetik, egy kalap alá véve az egész fizikát. Az utóbbi években azonban a fizikusoknak sikerült a mágneses monopólus mesterséges változatát előállítaniuk kétdimenziós spin-jég anyagok létrehozásával.
A Nature Communications című folyóiratban megjelent új tanulmányban a Cardiffi Egyetem tudósai által vezetett csapat a 3D-s nyomtatás és feldolgozás egy kifinomult típusával létrehozta a spin-jég anyagának első 3D-s másolatát. A csapat szerint a 3D-s nyomtatási technológia lehetővé tette számukra, hogy testre szabják a mesterséges spin-jég geometriáját, ami azt jelenti, hogy szabályozni tudják a mágneses monopólusok kialakulásának és mozgásának módját e rendszerekben.
A mini monopólus mágnesek 3D-ben történő manipulálásának képessége szerintük alkalmazások egész sorát nyithatja meg, a továbbfejlesztett számítógépes tárolástól az emberi agy idegi struktúráját utánzó 3D-s számítástechnikai hálózatok létrehozásáig.
"A tudósok több mint 10 éve készítenek és tanulmányoznak mesterséges spin-jeget két dimenzióban. Az ilyen rendszerek háromdimenziósra való kiterjesztésével sokkal pontosabb képet kapunk a spin-jég monopólus fizikájáról, és tanulmányozhatjuk a felületek hatását" - mondta a tanulmány vezető szerzője, Sam Ladak, a Cardiffi Egyetem Fizikai és Csillagászati Iskolájának munkatársa.
A mesterséges spin-jeget a legmodernebb 3D-s nanogyártási technikák segítségével hozták létre, amelyben az apró nanodrótokat négy rétegben egymásra helyezték egy rácsszerkezetben, amelynek kiterjedése összességében kevesebbet, mint egy emberi hajszál szélessége.
Ezután a mágneses erőmikroszkópia nevű speciális eljárást alkalmazták az eszközön jelen lévő mágneses töltések láthatóvá tételére, amivel a kutatócsoport elérte, hogy nyomon kövesse az egypólusú mágnesek mozgását a 3D szerkezeten keresztül.
"Munkánk azért fontos, mert megmutatja, hogy a nanoméretű 3D nyomtatási technológiák felhasználhatók olyan anyagok utánzására, amelyeket általában kémiai úton szintetizálnak. Végső soron ez a munka újszerű mágneses metaanyagok előállítására adhat módot, ahol az anyagtulajdonságokat egy mesterséges rács 3D geometriájának szabályozásával hangolhatjuk" - mondta Ladak.
"A mágneses tárolóeszközök, például a merevlemezes meghajtó vagy a mágneses véletlen hozzáférésű memóriaeszközök egy másik olyan terület, amelyre ez az áttörés nagy hatással lehet. Mivel a jelenlegi eszközök a rendelkezésre álló három dimenzióból csak kettőt használnak, ez korlátozza a tárolható információ mennyiségét. Mivel a monopólusok mágneses mező segítségével mozgathatók a 3D rácsban, lehetséges lehet egy valódi 3D-s tárolóeszköz létrehozása, amely a mágneses töltésen alapul" - fejtette ki a kutató.
