นักวิทยาศาสตร์ได้ก้าวไปสู่การสร้างอุปกรณ์ทรงพลังที่ควบคุมประจุแม่เหล็กโดยการสร้างแบบจำลองสามมิติของวัสดุที่เรียกว่าสปิน-ไอซ์เป็นครั้งแรก
วัสดุน้ำแข็งปั่นเป็นสิ่งที่ผิดปกติอย่างยิ่งเนื่องจากมีข้อบกพร่องที่เรียกว่าขั้วเดียวของแม่เหล็ก
แม่เหล็กขั้วเดียวเหล่านี้หรือที่เรียกว่าแม่เหล็กโมโนโพลไม่มีอยู่ในธรรมชาติเมื่อวัสดุแม่เหล็กทุกชิ้นถูกตัดออกเป็นสองส่วนมันจะสร้างแม่เหล็กใหม่ที่มีขั้วเหนือและขั้วใต้เสมอ
เป็นเวลาหลายทศวรรษที่นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นหาหลักฐานของโมโนโพลแม่เหล็กที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติโดยหวังว่าจะจัดกลุ่มกองกำลังพื้นฐานของธรรมชาติให้เป็นทฤษฎีที่เรียกว่าทุกสิ่งรวบรวมฟิสิกส์ทั้งหมดไว้ใต้หลังคาเดียวกัน
อย่างไรก็ตามในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมานักฟิสิกส์สามารถผลิตโมโนโพลแม่เหล็กรุ่นเทียมผ่านการสร้างวัสดุสปิน-ไอซ์แบบสองมิติ
จนถึงปัจจุบันโครงสร้างเหล่านี้ได้แสดงให้เห็นความสำเร็จของโมโนโพลแม่เหล็กแต่เป็นไปไม่ได้ที่จะได้รับฟิสิกส์เดียวกันเมื่อวัสดุถูกกักขังอยู่ในระนาบเดียวอันที่จริงมันคือเรขาคณิตสามมิติเฉพาะของโครงตาข่ายสปิน-ไอซ์ซึ่งเป็นกุญแจสำคัญในการสร้างโครงสร้างเล็กๆที่เลียนแบบโมโนโพลแม่เหล็ก
ในการศึกษาใหม่ที่ตีพิมพ์ในวันนี้ใน自然通讯ทีมที่นำโดยนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยคาร์ดิฟฟ์ได้สร้างแบบจำลอง3มิติครั้งแรกของวัสดุปั่นน้ำแข็งโดยใช้การพิมพ์และการประมวลผล3มิติที่ซับซ้อน
ทีมงานกล่าวว่าเทคโนโลยีการพิมพ3์มิติได้อนุญาตให้พวกเขาปรับแต่งรูปทรงเรขาคณิตของสปินน้ำแข็งเทียมซึ่งหมายความว่าพวกเขาสามารถควบคุมวิธีสร้างโมโนโพลแม่เหล็กและเคลื่อนที่ไปมาในระบบได้
ความสามารถในการจัดการแม่เหล็กโมโนโพลขนาดเล็กในแบบ3มิติสามารถเปิดแอปพลิเคชันทั้งหมดที่พวกเขากล่าวได้ตั้งแต่การจัดเก็บข้อมูลคอมพิวเตอร์ที่ได้รับการปรับปรุงไปจนถึงการสร้างเครือข่ายคอมพิวเตอร์3มิติที่เลียนแบบโครงสร้างประสาทของสมองมนุษย์
10“กว่าปีที่นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างสรรค์และศึกษาสปินน้ำแข็งเทียมในสองมิติการขยายระบบดังกล่าวเป็นสามมิติทำให้เราได้ภาพฟิสิกส์โมโนโพลสปินไอซ์ที่แม่นยำยิ่งขึ้นและสามารถศึกษาผลกระทบของพื้นผิวได้”ดร。แซมลาดักหัวหน้าทีมวิจัยจากโรงเรียนฟิสิกส์และดาราศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยคาร์ดิฟฟ์กล่าว
“นี่เป็นครั้งแรกที่ทุกคนสามารถสร้างแบบจำลอง3มิติที่แน่นอนของสปิน-ไอซ์ได้โดยการออกแบบในระดับนาโน”
น้ำแข็งปั่นประดิษฐ์ถูกสร้างขึ้นโดยใช้เทคนิคการผลิตนาโ3มนิติที่ล้ำสมัยซึ่งลวดนาโนขนาดเล็กถูกวางซ้อนกันเป็นสี่ชั้นในโครงสร้างตาข่ายซึ่งตัวมันเองวัดได้น้อยกว่าความกว้างโดยรวมของเส้นผมมนุษย์
กล้องจุลทรรศน์ชนิดพิเศษที่เรียกว่ากล้องจุลทรรศน์แรงแม่เหล็กซึ่งมีความไวต่อสนามแม่เหล็กถูกนำมาใช้เพื่อแสดงภาพประจุแม่เหล็กที่มีอยู่ในอุปกรณ์ทำให้ทีมสามารถติดตามการเคลื่อนที่ของแม่เหล็กขั้วเดียวในโครงสร้าง3มิติ
“งานของเรามีความสำคัญเนื่องจากแสดงให้เห็นว่าเทคโนโลยีการพิมพ3์มิติระดับนาโนสามารถใช้เพื่อเลียนแบบวัสดุที่มักจะสังเคราะห์ด้วยเคมีได้”ดร。ลัดดักกล่าว
“ในที่สุดงานนี้อาจเป็นวิธีในการผลิต超材料แม่เหล็กแบบใหม่ซึ่งคุณสมบัติของวัสดุจะถูกปรับโดยการควบคุมรูปทรงเรขาคณิต3มิติของโครงตาข่ายประดิษฐ์
“อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลแม่เหล็กเช่นฮาร์ดดิสก์ไดรฟ์หรืออุปกรณ์หน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่มแม่เหล็กเป็นอีกพื้นที่หนึ่งที่อาจได้รับผลกระทบอย่างมากจากการพัฒนาครั้งนี้เนื่องจากอุปกรณ์ปัจจุบันใช้เพียงสองในสามมิติที่มีอยู่จึงจำกัดปริมาณข้อมูลที่สามารถจัดเก็บได้เนื่องจากโมโนโพลสามารถเคลื่อนที่ไปรอบๆโครงตาข่าย3มิติได้โดยใช้สนามแม่เหล็กจึงอาจเป็นไปได้ที่จะสร้างอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล3มิติที่แท้จริงโดยอาศัยประจุแม่เหล็ก”
โพสต์เวลา:28พฤษภาคม-2021