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3D列印奈米磁鐵揭示磁場中的圖案世界

科技日報北京12月21日電(記者張夢然)據21日發表在《自然·奈米技術》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列印技術製造了磁性雙螺旋,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。科學家們由此發現這些磁性雙螺旋在磁場中產生奈米級的拓撲紋理,這是此前從未見過的,為開發下一代磁性器件打開了大門。

磁性裝置影響社會的方方面面,包括產生能量、資料儲存和計算。但磁性計算裝置正在迅速接近其在二維繫統中的縮小極限。對於下一代計算,人們越來越關注轉向三維,因為不僅可透過3D奈米線架構實現更高的密度,而且三維幾何形狀可改變磁性並提供新功能。

賽道記憶是一種尚未成熟的技術,其原理是將數字資料儲存在奈米線的磁疇壁中,以生產具有更高可靠性、效能和容量的資訊儲存裝置。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視覺化三維磁結構的新方法,還開發了一種用於磁性材料的3D列印技術。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,並且由於3D結構,它們旋轉、“鎖定”到位並形成牢固而規則的鍵,類似於DNA中的鹼基對。

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奈米紋理,而且在雜散磁場中也發現了新奈米級場配置。如果我們能夠在奈米尺度上控制這些磁力,我們就更接近於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。

來源: 科技日報

分類: 財經
時間: 2021-12-21

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