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3D打印納米磁鐵揭示磁場中的圖案世界

放大字體  縮小字體 發布日期:2021-12-23     來源:科技日報     瀏覽次數:3062
       據21日發表在《自然·納米技術》上的一項研究,由英國劍橋大學卡文迪什實驗室領導的國際團隊使用先進3D打印技術制造了磁性雙螺旋,就像DNA的雙螺旋一樣,它們相互扭曲,結合了螺旋之間的曲率、手性和強磁場相互作用?茖W家們由此發現這些磁性雙螺旋在磁場中產生納米級的拓撲紋理,這是此前從未見過的,為開發下一代磁性器件打開了大門。

       磁性設備影響社會的方方面面,包括產生能量、數據存儲和計算。但磁性計算設備正在迅速接近其在二維系統中的縮小極限。對于下一代計算,人們越來越關注轉向三維,因為不僅可通過3D納米線架構實現更高的密度,而且三維幾何形狀可改變磁性并提供新功能。

       賽道記憶是一種尚未成熟的技術,其原理是將數字數據存儲在納米線的磁疇壁中,以生產具有更高可靠性、性能和容量的信息存儲設備。但直到目前,這個想法一直很難實現。

       在過去幾年中,研究人員將重點放在開發可視化三維磁結構的新方法,還開發了一種用于磁性材料的3D打印技術。3D測量是在瑞士光源PolLux光束線上進行的,這是目前唯一能夠提供軟X射線層析成像的光束線。使用先進的X射線成像技術,研究人員觀察到與2D相比,3DDNA結構導致磁化中的紋理不同。相鄰螺旋中的磁疇(磁化強度都指向同一方向的區域)之間的成對壁高度耦合,因此會變形。這些壁相互吸引,并且由于3D結構,它們旋轉、“鎖定”到位并形成牢固而規則的鍵,類似于DNA中的堿基對。

       劍橋卡文迪什實驗室的克萊爾·唐納利表示:“我們不僅發現3D結構在磁化中導致有趣的拓撲納米紋理,而且在雜散磁場中也發現了新納米級場配置。如果我們能夠在納米尺度上控制這些磁力,我們就更接近于達到與二維相同程度的控制。”

       研究人員表示,該結果令人著迷。類似DNA的雙螺旋結構在螺旋之間形成強鍵,從而使它們的形狀發生變形,而圍繞這些鍵在磁場中形成的漩渦——拓撲結構更令人興奮,其將擁有多方面應用前景。
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