I ricercatori dell’Università di Vienna hanno progettato una nuova nanorete magnetica 3D, che appare come monopoli magnetici a causa della maggiore frustrazione magnetica tra i nanoelementi ed è stabile a temperatura ambiente. Credito immagine: © Sabri Koraltan University of Vienna
Le nanoreti 3D promettono una nuova era nella moderna fisica dello stato solido con molte applicazioni in fotonica, biomedicina e x-elettronica. La realizzazione di nanostrutture magnetiche 3D potrebbe consentire dispositivi di archiviazione dati ultraveloci ea bassa potenza. A causa delle interazioni magnetiche concorrenti in questi sistemi, possono apparire cariche magnetiche o magnetiche monopolari, che possono essere utilizzate come vettori mobili di informazioni binarie. I ricercatori dell’Università di Vienna hanno ora progettato il primo reticolo di neve artificiale 3D che contiene cariche magnetiche non correlate. I risultati sono pubblicati sulla rivista materiale matematico npj Fornisce la prima prova teorica, nel nuovo reticolo, che i monopoli magnetici sono stabili a temperatura ambiente e possono essere orientati su richiesta da campi magnetici esterni.
Si osserva un monopolo magnetico emergente in una classe di materiali magnetici chiamati spin ghiacciati. Tuttavia, le scale atomiche e le basse temperature richieste per la sua stabilità ne limitano la controllabilità. Ciò ha portato allo sviluppo del ghiaccio rotante artificiale bidimensionale, in cui i singoli momenti atomici sono sostituiti da nano-isole magnetiche disposte su reticoli diversi. L’espansione ha permesso lo studio del monopolio magnetico emergente su piattaforme accessibili. L’inversione della direzione magnetica di alcune nanoisole fa sì che i monopoli si propaghino di un vertice più lontano, lasciando una scia. Questa traccia, Dirac Strings, immagazzina necessariamente energia e lega i monopoli, limitandone la mobilità.
Ora i ricercatori di Sabri Coraltan e Florian Slanovic, guidati da Dieter Suisse presso l’Università di Vienna, hanno progettato la prima rete di ghiacciai artificiali 3D che combina i vantaggi del ghiaccio spin artificiale sia atomico che 2D.
In collaborazione con il Magnetic Nanoscale and Magnonics Group dell’Università di Vienna e il Dipartimento Teorico del Los Alamos Laboratory negli USA, sono stati studiati i vantaggi della nuova rete utilizzando simulazioni micromagnetiche. Qui, le nano-isole piatte 2D vengono sostituite da ellissoidi rotazionali magnetici e viene utilizzato un reticolo 3D ad alta simmetria. “A causa del decadimento dello stato fondamentale, la tensione dei tendini magnetici monopolari della mascella di Dirac svanisce”, afferma Sabri Koraltan, uno dei primi autori dello studio. I ricercatori hanno portato lo studio al passaggio successivo, dove nelle loro simulazioni, monopoli magnetici si sono propagati attraverso la rete applicando campi magnetici esterni, dimostrando la loro applicazione come vettori di informazioni in una rete magnetica tridimensionale.
“Sfruttiamo la terza dimensione e l’elevata simmetria nel nuovo reticolo per disaccoppiare i monopoli magnetici e spostarli nelle direzioni desiderate, quasi come veri elettroni”, aggiunge Sabri Coraltan. L’altro primo autore Florian Slanovek conclude che “la stabilità termica dei monopoli intorno alla temperatura ambiente e oltre potrebbe gettare le basi per una rivoluzionaria nuova generazione di tecnologie di archiviazione 3D”.
Riferimento: “Catene di Dirac senza stress e cariche magnetiche dirette nel ghiaccio rotante artificiale 3D” di Sabri Coraltan, Florian Slanovic, Florian Bruckner, Cristiano Nisoli, Andrei F. Chomak, Oleksandr F. Dobrovolsky, Claes Appert e Dieter Suiss, 5 agosto , 2021 e materiale matematico npj.
DOI: 10.1038 / s41524-021-00593-7
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