3D打印納米磁鐵揭示了磁場(chǎng)中的圖案世界

科學(xué)家們使用最先進(jìn)的 3D 打印和顯微鏡技術(shù)，讓人們對(duì)將磁鐵帶到納米級(jí)的三維(比人的頭發(fā)還要小 1000 倍)時(shí)會(huì)發(fā)生什么的一瞥。

由劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際團(tuán)隊(duì)使用他們開(kāi)發(fā)的先進(jìn) 3D 打印技術(shù)來(lái)創(chuàng)建磁性雙螺旋——如 DNA 的雙螺旋——它們相互扭曲，結(jié)合曲率、手性和螺旋之間的強(qiáng)磁場(chǎng)相互作用。這樣做，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)這些磁性雙螺旋在磁場(chǎng)中產(chǎn)生納米級(jí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這是以前從未見(jiàn)過(guò)的，為下一代磁性設(shè)備打開(kāi)了大門(mén)。結(jié)果發(fā)表在《自然納米技術(shù)》上。

磁性設(shè)備影響我們社會(huì)的許多不同部分，磁鐵用于產(chǎn)生能量、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算。但是磁性計(jì)算設(shè)備正在快速接近二維系統(tǒng)中的縮小極限。對(duì)于下一代計(jì)算，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注移動(dòng)到三維，其中不僅可以通過(guò) 3D 納米線架構(gòu)實(shí)現(xiàn)更高的密度，而且三維幾何形狀可以改變磁性并提供新的功能。

“圍繞著一種名為賽道記憶的尚未成熟的技術(shù)，已經(jīng)有很多工作，它首先由 Stuart Parkin 提出。這個(gè)想法是將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在納米線的磁疇壁中，以生產(chǎn)具有高可靠性、性能和容量的信息存儲(chǔ)設(shè)備，”該研究的第一作者、劍橋卡文迪什實(shí)驗(yàn)室的克萊爾唐納利說(shuō)，他最近搬到了馬克斯普朗克研究所固體化學(xué)物理學(xué)。

“但直到現(xiàn)在，這個(gè)想法一直很難實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槲覀冃枰軌蛑圃烊S磁系統(tǒng)，我們還需要了解進(jìn)入三維對(duì)磁化強(qiáng)度和磁場(chǎng)的影響。 ”

“因此，在過(guò)去幾年中，我們的研究重點(diǎn)是開(kāi)發(fā)可視化三維磁結(jié)構(gòu)的新方法——想想醫(yī)院的 CT 掃描，但對(duì)于磁鐵。我們還開(kāi)發(fā)了一種用于磁性材料的 3D 打印技術(shù)。”

3D 測(cè)量是在 Paul Scherrer 研究所瑞士光源的 PolLux 光束線上進(jìn)行的，這是目前唯一能夠提供軟 X 射線層析成像的光束線。使用這些先進(jìn)的 X 射線成像技術(shù)，研究人員觀察到，與 2D 相比，3D DNA 結(jié)構(gòu)導(dǎo)致磁化結(jié)構(gòu)不同。相鄰螺旋中的磁疇(磁化強(qiáng)度都指向同一方向的區(qū)域)之間的壁對(duì)高度耦合 - 結(jié)果會(huì)變形。這些壁相互吸引，由于 3D 結(jié)構(gòu)，它們旋轉(zhuǎn)、“鎖定”到位并形成牢固、規(guī)則的鍵，類似于 DNA 中的堿基對(duì)。

“我們不僅發(fā)現(xiàn) 3D 結(jié)構(gòu)在磁化中產(chǎn)生有趣的拓?fù)浼{米紋理，我們相對(duì)習(xí)慣于在那里看到這種紋理，而且在雜散磁場(chǎng)中也發(fā)現(xiàn)了令人興奮的新納米級(jí)場(chǎng)配置!”唐納利說(shuō)。

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