科學家們使用最先進的 3D 打印和顯微鏡技術，讓人們對將磁鐵帶到納米級的三維(比人的頭發(fā)還要小 1000 倍)時會發(fā)生什么的一瞥。
由劍橋大學卡文迪許實驗室領導的國際團隊使用他們開發(fā)的先進 3D 打印技術來創(chuàng)建磁性雙螺旋——如 DNA 的雙螺旋——它們相互扭曲，結合曲率、手性和螺旋之間的強磁場相互作用。這樣做，科學家們發(fā)現這些磁性雙螺旋在磁場中產生納米級拓撲結構，這是以前從未見過的，為下一代磁性設備打開了大門。結果發(fā)表在《自然納米技術》上。
磁性設備影響我們社會的許多不同部分，磁鐵用于產生能量、數據存儲和計算。但是磁性計算設備正在快速接近二維系統(tǒng)中的縮小極限。對于下一代計算，人們越來越關注移動到三維，其中不僅可以通過 3D 納米線架構實現更高的密度，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，已經有很多工作，它首先由 Stuart Parkin 提出。這個想法是將數字數據存儲在納米線的磁疇壁中，以生產具有高可靠性、性能和容量的信息存儲設備，”該研究的第一作者、劍橋卡文迪什實驗室的克萊爾唐納利說，他最近搬到了馬克斯普朗克研究所固體化學物理學。
“但直到現在，這個想法一直很難實現，因為我們需要能夠制造三維磁系統(tǒng)，我們還需要了解進入三維對磁化強度和磁場的影響。 ”
“因此，在過去幾年中，我們的研究重點是開發(fā)可視化三維磁結構的新方法——想想醫(yī)院的 CT 掃描，但對于磁鐵。我們還開發(fā)了一種用于磁性材料的 3D 打印技術。”
3D 測量是在 Paul Scherrer 研究所瑞士光源的 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。使用這些先進的 X 射線成像技術，研究人員觀察到，與 2D 相比，3D DNA 結構導致磁化結構不同。相鄰螺旋中的磁疇(磁化強度都指向同一方向的區(qū)域)之間的壁對高度耦合 - 結果會變形。這些壁相互吸引，由于 3D 結構，它們旋轉、“鎖定”到位并形成牢固、規(guī)則的鍵，類似于 DNA 中的堿基對。
“我們不僅發(fā)現 3D 結構在磁化中產生有趣的拓撲納米紋理，我們相對習慣于在那里看到這種紋理，而且在雜散磁場中也發(fā)現了令人興奮的新納米級場配置!”唐納利說。
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