Впервые ученым удалось создать трехмерную копию спинового льда, необычного материала, который из-за дефектов ведет как магнитный монополь. Возможность манипулирования крошечными однополюсными магнитами в 3D открывает перед инженерами широкие возможности, от увеличения объема данных на жестких дисках по создания трехмерных компьютерных сетей, которые имитируют нейронные структуры человеческого мозга.

Магнитные монополи не существуют в природе. Когда магнит режут на две части, он всегда образует новый магнит с северным и южным полюсом. Десятки лет ученые искали свидетельства магнитных монополей в надежде сгруппировать фундаментальные силы природы в так называемую теорию всего. Однако недавно физики смогли создать искусственную версию магнитного монополя с помощью двухмерных спиновых льдов.

Однако добиться тех же свойств в одномерном материале невозможно, поскольку специфическая трехмерная геометрия решетки спинового льда — ключ к его нестандартным возможностям имитации магнитных монополей, пишет Phys.org.

Ученые из британского Университета Кардиффа создали первую в мире 3D-реплику спинового льда, применив сложный тип трехмерной печати и обработки. Эта технология позволила им скорректировать геометрию искусственного спинового льда. Таким образом, физики смогли контролировать формирование магнитных монополей и их движение в системах.

Искусственный спиновой лед был создан из крошечной нанопроволоки, размещенной в четыре ряда на решетке. Общая ширина устройства — меньше человеческого волоса. Для отслеживания магнитных зарядов ученые использовали магнитно-силовую микроскопию.

«Важность нашего исследования заключается в том, что оно показывает, что технологии 3D-печати в наномасштабе можно использовать для имитации материалов, которые обычно синтезируют химическим путем, — сказал Сэм Лэдак, ведущий автор исследования. — В конечном счете, эта работа описывает метод производства новых магнитных метаматериалов, свойства которых настраиваются при помощи управления 3D-геометрией искусственной решетки».