Los científicos han dado un paso hacia la creación de poderosos dispositivos que aprovechan la carga magnética al crear la primera réplica tridimensional de un material conocido como hielo espín.

Los materiales de hielo giratorio son extremadamente inusuales, ya que poseen los llamados defectos que se comportan como el polo único de un imán.

Estos imanes unipolares, también conocidos como monopolos magnéticos, no existen en la naturaleza; cuando cada material magnético se corta en dos, siempre se creará un nuevo imán con un polo norte y sur.

Durante décadas, los científicos han estado buscando por todas partes evidencia de monopolos magnéticos naturales con la esperanza de agrupar finalmente las fuerzas fundamentales de la naturaleza en una así llamada teoría del todo. poniendo toda la física bajo un mismo techo.

Sin embargo, En los últimos años, los físicos han logrado producir versiones artificiales de un monopolo magnético mediante la creación de materiales de hielo de espín bidimensionales.

Hasta la fecha, estas estructuras han demostrado con éxito un monopolo magnético, pero es imposible obtener la misma física cuando el material está confinado a un solo plano. En efecto, es la geometría tridimensional específica de la red de hielo de espín la clave de su inusual capacidad para crear estructuras diminutas que imitan los monopolos magnéticos.

En un nuevo estudio publicado hoy en Comunicaciones de la naturaleza , Un equipo dirigido por científicos de la Universidad de Cardiff ha creado la primera réplica en 3D de un material de hielo giratorio utilizando un tipo sofisticado de impresión y procesamiento 3D.

El equipo dice que la tecnología de impresión 3D les ha permitido adaptar la geometría del hielo espín artificial, lo que significa que pueden controlar la forma en que se forman y se mueven los monopolos magnéticos en los sistemas.

Ser capaz de manipular los mini imanes monopolares en 3D podría abrir una gran cantidad de aplicaciones, dicen, desde el almacenamiento informático mejorado hasta la creación de redes informáticas en 3D que imitan la estructura neuronal del cerebro humano.

"Durante más de 10 años, los científicos han estado creando y estudiando el hielo de espín artificial en dos dimensiones. Al extender estos sistemas a tres dimensiones, obtenemos una representación mucho más precisa de la física de los monopolos de hielo de espín y somos capaces de estudiar el impacto de las superficies, ", dijo el autor principal, el Dr. Sam Ladak, de la Facultad de Física y Astronomía de la Universidad de Cardiff.

"Esta es la primera vez que alguien ha podido crear una réplica exacta en 3D de un hielo giratorio, por diseño, en la nanoescala ".

El hielo espín artificial se creó utilizando técnicas de nanofabricación 3D de última generación en las que se apilan diminutos nanocables en cuatro capas en una estructura de celosía. que a su vez medía menos que el ancho de un cabello humano en general.

Un tipo especial de microscopía conocida como microscopía de fuerza magnética, que es sensible al magnetismo, luego se utilizó para visualizar las cargas magnéticas presentes en el dispositivo, permitiendo al equipo rastrear el movimiento de los imanes unipolares a través de la estructura 3D.

"Nuestro trabajo es importante porque demuestra que las tecnologías de impresión 3D a nanoescala se pueden utilizar para imitar materiales que normalmente se sintetizan mediante la química". "continuó el Dr. Ladak.

"Por último, este trabajo podría proporcionar un medio para producir nuevos metamateriales magnéticos, donde las propiedades del material se ajustan controlando la geometría 3D de una celosía artificial.

"Dispositivos de almacenamiento magnético, como una unidad de disco duro o dispositivos de memoria magnéticos de acceso aleatorio, es otra área que podría verse enormemente afectada por este avance. Como los dispositivos actuales utilizan solo dos de las tres dimensiones disponibles, esto limita la cantidad de información que se puede almacenar. Dado que los monopolos se pueden mover alrededor de la celosía 3D utilizando un campo magnético, puede ser posible crear un verdadero dispositivo de almacenamiento 3D basado en la carga magnética ".