Os cientistas deram um passo em direção à criação de dispositivos poderosos que controlam a carga magnética, criando a primeira réplica tridimensional de um material conhecido como gelo de rotação.

Os materiais de gelo giratório são extremamente incomuns, pois possuem os chamados defeitos, que se comportam como o pólo único de um ímã.

Esses ímãs de pólo único, também conhecido como monopólos magnéticos, não existem na natureza; quando cada material magnético é dividido em dois, ele sempre criará um novo ímã com um pólo norte e um pólo sul.

Por décadas, os cientistas têm procurado amplamente por evidências de monopólos magnéticos naturais na esperança de finalmente agrupar as forças fundamentais da natureza em uma chamada teoria de tudo, colocando toda a física sob o mesmo teto.

Contudo, nos últimos anos, os físicos conseguiram produzir versões artificiais de um monopolo magnético por meio da criação de materiais de gelo giratório bidimensionais.

Até o momento, essas estruturas demonstraram com sucesso um monopolo magnético, mas é impossível obter a mesma física quando o material está confinado a um único plano. De fato, é a geometria tridimensional específica da rede de giro do gelo que é a chave para sua habilidade incomum de criar estruturas minúsculas que imitam monopólos magnéticos.

Em um novo estudo publicado hoje em Nature Communications , uma equipe liderada por cientistas da Universidade de Cardiff criou a primeira réplica 3D de um material de gelo giratório usando um tipo sofisticado de impressão e processamento 3D.

A equipe afirma que a tecnologia de impressão 3D lhes permitiu adaptar a geometria do gelo artificial de spin, o que significa que eles podem controlar a forma como os monopólos magnéticos são formados e movidos nos sistemas.

Ser capaz de manipular os mini ímãs monopolo em 3D poderia abrir uma série de aplicações, eles dizem, de armazenamento aprimorado de computador à criação de redes de computação 3D que imitam a estrutura neural do cérebro humano.

"Por mais de 10 anos, os cientistas têm criado e estudado gelo de spin artificial em duas dimensões. Ao estender esses sistemas para três dimensões, ganhamos uma representação muito mais precisa da física monopolo do gelo de spin e somos capazes de estudar o impacto das superfícies, "disse o autor principal, Dr. Sam Ladak, da Escola de Física e Astronomia da Universidade de Cardiff.

"Esta é a primeira vez que alguém consegue criar uma réplica exata em 3D de um gelo giratório, por design, em nanoescala. "

O spin-ice artificial foi criado usando técnicas de nanofabricação 3D de última geração em que nanofios minúsculos foram empilhados em quatro camadas em uma estrutura de rede, que por si só media menos do que a largura total de um fio de cabelo humano.

Um tipo especial de microscopia conhecido como microscopia de força magnética, que é sensível ao magnetismo, foi então usado para visualizar as cargas magnéticas presentes no dispositivo, permitindo que a equipe rastreie o movimento dos ímãs unipolares em toda a estrutura 3D.

"Nosso trabalho é importante porque mostra que as tecnologias de impressão 3D em nanoescala podem ser usadas para imitar materiais que geralmente são sintetizados por meio da química, "continuou o Dr. Ladak.

"Em última análise, este trabalho pode fornecer um meio para produzir novos metamateriais magnéticos, onde as propriedades do material são ajustadas controlando a geometria 3D de uma rede artificial.

"Dispositivos de armazenamento magnético, como uma unidade de disco rígido ou dispositivos de memória de acesso aleatório magnético, é outra área que pode ser fortemente impactada por esse avanço. Como os dispositivos atuais usam apenas duas das três dimensões disponíveis, isso limita a quantidade de informações que podem ser armazenadas. Uma vez que os monopólos podem ser movidos ao redor da rede 3D usando um campo magnético, pode ser possível criar um verdadeiro dispositivo de armazenamento 3D baseado na carga magnética. "