Les scientifiques ont fait un pas vers la création de dispositifs puissants qui exploitent la charge magnétique en créant la toute première réplique tridimensionnelle d'un matériau connu sous le nom de glace de spin.

Les matériaux de glace de spin sont extrêmement inhabituels car ils possèdent ce que l'on appelle des défauts qui se comportent comme le pôle unique d'un aimant.

Ces aimants unipolaires, également connu sous le nom de monopôles magnétiques, n'existent pas dans la nature; lorsque chaque matériau magnétique est coupé en deux, il crée toujours un nouvel aimant avec un pôle nord et un pôle sud.

Pendant des décennies, les scientifiques ont cherché partout des preuves de monopôles magnétiques naturels dans l'espoir de finalement regrouper les forces fondamentales de la nature dans une soi-disant théorie du tout, mettre toute la physique sous un même toit.

Cependant, ces dernières années, les physiciens ont réussi à produire des versions artificielles d'un monopôle magnétique grâce à la création de matériaux spin-glace bidimensionnels.

A ce jour, ces structures ont démontré avec succès un monopôle magnétique, mais il est impossible d'obtenir la même physique lorsque le matériau est confiné à un seul plan. En effet, c'est la géométrie tridimensionnelle spécifique du réseau de spin-glace qui est la clé de sa capacité inhabituelle à créer de minuscules structures qui imitent les monopôles magnétiques.

Dans une nouvelle étude publiée aujourd'hui dans Communication Nature , une équipe dirigée par des scientifiques de l'Université de Cardiff a créé la toute première réplique 3D d'un matériau de glace de rotation à l'aide d'un type sophistiqué d'impression et de traitement 3D.

L'équipe affirme que la technologie d'impression 3D leur a permis d'adapter la géométrie de la glace de spin artificielle, ce qui signifie qu'ils peuvent contrôler la façon dont les monopôles magnétiques sont formés et déplacés dans les systèmes.

Être capable de manipuler les mini-aimants monopôles en 3D pourrait ouvrir toute une série d'applications, disent-ils, du stockage informatique amélioré à la création de réseaux informatiques 3D qui imitent la structure neuronale du cerveau humain.

"Depuis plus de 10 ans, les scientifiques créent et étudient la glace de spin artificielle en deux dimensions. En étendant de tels systèmes à trois dimensions, nous obtenons une représentation beaucoup plus précise de la physique du monopole de la glace de spin et sommes capables d'étudier l'impact des surfaces, ", a déclaré l'auteur principal, le Dr Sam Ladak, de l'École de physique et d'astronomie de l'Université de Cardiff.

"C'est la première fois que quelqu'un est capable de créer une réplique exacte en 3D d'une glace tournante, intentionnellement, à l'échelle nanométrique."

La glace de spin artificielle a été créée à l'aide de techniques de nanofabrication 3D de pointe dans lesquelles de minuscules nanofils ont été empilés en quatre couches dans une structure en treillis, qui lui-même mesurait moins que la largeur globale d'un cheveu humain.

Un type spécial de microscopie connue sous le nom de microscopie à force magnétique, qui est sensible au magnétisme, a ensuite été utilisé pour visualiser les charges magnétiques présentes sur l'appareil, permettant à l'équipe de suivre le mouvement des aimants unipolaires à travers la structure 3D.

"Notre travail est important car il montre que les technologies d'impression 3D à l'échelle nanométrique peuvent être utilisées pour imiter des matériaux qui sont généralement synthétisés par chimie, " a poursuivi le Dr Ladak.

"Finalement, ce travail pourrait fournir un moyen de produire de nouveaux métamatériaux magnétiques, où les propriétés du matériau sont ajustées en contrôlant la géométrie 3D d'un réseau artificiel.

« Périphériques de stockage magnétiques, tels qu'un disque dur ou des dispositifs de mémoire magnétique à accès aléatoire, est un autre domaine qui pourrait être massivement touché par cette percée. Comme les appareils actuels n'utilisent que deux des trois dimensions disponibles, cela limite la quantité d'informations pouvant être stockées. Étant donné que les monopôles peuvent être déplacés autour du réseau 3D à l'aide d'un champ magnétique, il peut être possible de créer un véritable dispositif de stockage 3D basé sur la charge magnétique.