Des nano-aimants imprimés en 3D révèlent un monde de motifs dans le champ magnétique


Des nano-aimants imprimés en 3D révèlent un monde de motifs dans le champ magnétique

Les doubles hélices magnétiques à l’ nanométrique (en haut) contiennent des textures fortement couplées qui ont été observées à la fois expérimentalement et avec des simulations (en bas). Crédit photo : Claire Donnelly

En utilisant l’impression 3D et la microscopie de pointe, les scientifiques ont donné un nouvel aperçu des processus que les aimants apportent en trois dimensions à l’échelle nanométrique – 1000 fois plus petit qu’un cheveu humain.

L’équipe internationale, dirigée par le laboratoire Cavendish de l’Université de Cambridge, a utilisé une technique d’impression 3D avancée qu’elle a développée pour créer des doubles hélices magnétiques – comme la double hélice de l’ADN – qui tournent les unes autour des autres et combinent courbure, chiralité et fortes interactions de magnétique entre les hélices. . Ce faisant, les scientifiques ont découvert que ces doubles hélices magnétiques créent des textures topologiques à l’échelle nanométrique dans le champ magnétique qui n’ont jamais été vues auparavant et ouvrent la porte à la prochaine génération de dispositifs magnétiques. Les résultats sont publiés dans Nanotechnologie naturelle.

Les appareils magnétiques affectent de nombreux domaines différents de notre société ; les aimants sont utilisés pour générer de l’énergie, stocker des données et faire de l’arithmétique. Mais les dispositifs informatiques magnétiques approchent rapidement de leur limite de retrait dans les systèmes bidimensionnels. Pour la prochaine génération d’ordinateurs, il existe un intérêt croissant pour l’avancement en trois dimensions, où les architectures de nanofils 3D peuvent non seulement atteindre des densités plus élevées, mais les géométries tridimensionnelles peuvent également modifier les propriétés magnétiques et offrir de nouvelles fonctionnalités.

« Il y a eu beaucoup de travail en cours sur une technologie émergente appelée Racetrack Memory, qui a été proposée pour la première fois par Stuart Parkin. L’idée est de stocker des données numériques dans les parois du domaine magnétique des nanofils afin de produire un stockage d’informations avec une grande fiabilité. « , performances et capacité », a déclaré Claire Donnelly, auteur principal de l’étude du Cavendish Laboratory de Cambridge, qui a récemment été envoyé à Max Planck -Institute for Chemical Physics of Solids a changé.

«Mais jusqu’à présent, cette idée a toujours été très difficile à réaliser car nous devons être capables de fabriquer des systèmes d’aimants tridimensionnels et nous devons également comprendre comment le tridimensionnel affecte à la fois la magnétisation et le champ magnétique. « 

« C’est pourquoi nos recherches de ces dernières années se sont concentrées sur le développement de nouvelles méthodes de visualisation des structures magnétiques tridimensionnelles – pensez à un scanner dans un hôpital, mais pour les aimants. Nous avons également développé une technologie d’impression 3D pour les matériaux magnétiques. »

Les mesures 3D ont été réalisées sur la de lumière PolLux de la Source de Lumière Synchrotron Suisse de l’Institut Paul Scherrer, qui est actuellement la seule ligne de lumière pouvant offrir une laminographie à rayons X doux. En utilisant ces techniques avancées d’imagerie aux rayons X, les chercheurs ont observé que la structure de l’ADN 3D conduit à une texture de magnétisation différente de celle de la 2D. Les paires de parois entre les domaines magnétiques (régions dans lesquelles l’aimantation pointe toutes dans la même direction) dans les hélices voisines sont fortement couplées – et par conséquent se déforment. Ces parois s’attirent et tournent en raison de la structure 3D, se « verrouillent » et forment des liaisons solides et régulières, similaires aux paires de bases de l’ADN.

« Nous avons non seulement découvert que la structure 3D conduit à des nanotextures topologiques intéressantes dans l’aimantation, où nous sommes relativement habitués à voir de telles textures, mais aussi dans le champ magnétique parasite, qui révèle de nouvelles configurations de champ nanométriques passionnantes! », A déclaré Donnelly.

« Cette nouvelle capacité à structurer le champ magnétique sur cette échelle de longueur nous permet de définir quelles forces s’exercent sur les matériaux magnétiques et de comprendre jusqu’où on peut aller dans la structuration de ces champs magnétiques. Si nous pouvons contrôler ces forces magnétiques à l’échelle nanométrique, nous approchons du même niveau de contrôle que nous le sommes en deux dimensions. »

« Le résultat est fascinant – les textures de la double hélice semblable à l’ADN forment des liens solides entre les hélices et déforment ainsi leur forme », a expliqué l’auteur principal Amalio Fernandez-Pacheco, ancien chercheur de Cavendish qui est maintenant à l’Institut des nanosciences et des matériaux à Aragon. « Mais ce qui est plus excitant, c’est que des tourbillons se forment dans le champ magnétique autour de ces liaisons – des textures topologiques! »

Après être passés de deux à trois dimensions en termes de magnétisation, Donnelly et son équipe de l’Institut Paul Scherrer et des universités de Glasgow, Saragosse, Oviedo et Vienne explorent maintenant tout le potentiel du passage de deux à trois dimensions en termes de magnétisation Magnétique domaine.

« Les perspectives de ce travail sont diverses : ces textures fortement liées dans les hélices magnétiques promettent un mouvement extrêmement robuste et pourraient être un support d’informations potentiel », a déclaré Fernandez-Pacheco. « Encore plus excitant est ce nouveau potentiel de structuration du champ magnétique à l’échelle nanométrique. Cela pourrait ouvrir de nouvelles possibilités pour la capture de particules, les processus d’imagerie et les matériaux intelligents. »


Observez les nano-tornades magnétiques en 3D


Plus d’information:
Claire Donnelly, Textures complexes de champ magnétique en espace libre induites par des nanostructures magnétiques tridimensionnelles, Nanotechnologie naturelle (2021). DOI : 10.1038 / s41565-021-01027-7. www.nature.com/articles/s41565-021-01027-7

Fourni par l’Université de Cambridge

Devis: Des nano-aimants imprimés en 3D un monde de dans le champ magnétique (2021, 20 décembre), consulté le 20 décembre 2021 à partir de https://phys.org/news/2021-12-3d-nanomanets-unveil-world- motifs .html

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