I RICERCATORI SVILUPPANO NUOVI NANOMAGNETI ELICOIDALI UTILIZZANDO LA TECNOLOGIA DI STAMPA 3D
Un team internazionale di scienziati guidati dal Cavendish Laboratory dell’Università di Cambridge ha utilizzato la tecnologia di stampa 3D per sviluppare un nuovo set di nanomagneti microscopici.
Creati utilizzando un processo di stampa 3D personalizzato, i nanomagneti hanno la forma di una doppia elica ispirata al DNA. Secondo il team di ricerca, questa struttura non convenzionale si presta a forti interazioni del campo magnetico tra le eliche in un modo mai visto prima. In particolare, ruotando l’una intorno all’altra, le eliche stampate in 3D producono trame topologiche su scala nanometrica nel campo magnetico che generano.
Il team crede di poter sfruttare questo fenomeno per controllare da vicino le forze magnetiche su scala nanometrica, aprendo la strada a dispositivi magnetici di “prossima generazione”.
Claire Donnelly, prima autrice dello studio, spiega: “Questa nuova capacità di modellare il campo magnetico su questa scala di lunghezze ci consente di definire quali forze verranno applicate ai materiali magnetici e di capire fino a che punto possiamo spingerci con la modellazione di questi campi magnetici. Se possiamo controllare quelle forze magnetiche su scala nanometrica, ci avviciniamo al raggiungimento dello stesso grado di controllo che abbiamo in due dimensioni.
Anche se potresti non rendertene conto, i dispositivi magnetici sono parte integrante di molte parti diverse della nostra vita. I magneti vengono utilizzati nelle applicazioni di generazione di energia, vengono utilizzati nell’archiviazione dei dati e sono fondamentali per l’elaborazione quotidiana.
Sfortunatamente, i dispositivi informatici convenzionali stanno rapidamente raggiungendo i loro limiti di miniaturizzazione poiché sono basati su sistemi magnetici 2D. Pertanto, per far progredire l’informatica e l’archiviazione dei dati, il team di Cambridge afferma che c’è un crescente interesse per la transizione ai sistemi magnetici 3D. Utilizzando architetture a nanocavi 3D, i sistemi magnetici 3D possono prestarsi a densità di informazioni più elevate (più spazio di archiviazione con meno spazio fisico) e prestazioni complessive migliorate.
Donnelly aggiunge: “C’è stato molto lavoro attorno a una tecnologia ancora da stabilire chiamata memoria da pista, proposta per la prima volta da Stuart Parkin. L’idea è di archiviare i dati digitali nelle pareti del dominio magnetico dei nanofili per produrre dispositivi di archiviazione delle informazioni con elevata affidabilità, prestazioni e capacità.
La transizione a questo nuovo dominio si è rivelata difficile fino ad ora, poiché è necessario comprendere gli effetti del ridimensionamento fino al 3D sia sulla magnetizzazione che sul campo magnetico dei sistemi.
Pertanto, Donnelly e il resto del team hanno trascorso gli ultimi anni a ricercare e sviluppare nuovi metodi per visualizzare strutture magnetiche 3D. Hanno anche sviluppato una tecnica di stampa 3D per materiali magnetici, quella utilizzata nel presente studio.
Una volta che i nanomagneti sono stati stampati in 3D, il team di Cambridge ha eseguito le misurazioni 3D presso la PolLux Beamline della Swiss Light Source presso il Paul Scherrer Institute . Secondo quanto riferito, è l’unica linea di luce a offrire la laminografia a raggi X morbida, una tecnica di imaging a raggi X avanzata.
I ricercatori hanno scoperto che i loro magneti elicoidali stampati in 3D presentavano una struttura di magnetizzazione diversa da quella che si vede solitamente nei sistemi 2D. Si è scoperto che coppie di pareti tra domini magnetici erano accoppiate, con conseguente deformazione. Attirandosi l’un l’altro, le pareti sono state viste ruotare e “bloccarsi in posizione”, generando forti legami tra le eliche dei magneti stampati (proprio come i legami in una doppia elica del DNA).
Donnelly ha affermato: “Non solo abbiamo scoperto che la struttura 3D porta a interessanti nanostrutture topologiche nella magnetizzazione, dove siamo relativamente abituati a vedere tali trame, ma anche nel campo magnetico vagante, che ha rivelato nuove eccitanti configurazioni di campo su scala nanometrica!”
Avendo magneti stampati in 3D con successo con magnetizzazione tridimensionale, gli scienziati ora esploreranno la produzione di sistemi più complessi con campi magnetici tridimensionali. Il lavoro mostra risultati promettenti in una varietà di domini, tra cui l’intrappolamento delle particelle, le tecniche di imaging e i materiali intelligenti.
Ulteriori dettagli dello studio possono essere trovati nel documento intitolato ” Texture complesse di campi magnetici nello spazio libero indotte da nanostrutture magnetiche tridimensionali “.
