Tredimensionella (3D) nano-nätverk lovar en ny era inom modern solid state-fysik med många tillämpningar inom fotonik, biomedicin, och spintronics. Förverkligandet av 3D magnetiska nano-arkitekturer kan möjliggöra extrasnabba och lågenergidata lagringsenheter. På grund av konkurrerande magnetiska interaktioner i dessa system, magnetiska laddningar eller magnetiska monopoler kan dyka upp, som kan användas som mobil, binära informationsbärare. Forskare vid Wien universitet har nu designat det första 3D -konstgjorda spinnisgitteret som rymmer obundna magnetiska laddningar. Resultaten publicerade i tidningen npj Beräkningsmaterial presentera en första teoretisk demonstration som, i det nya gallret, de magnetiska monopolerna är stabila vid rumstemperatur och kan styras vid behov av externa magnetfält.

Framväxande magnetiska monopoler observeras i en klass av magnetiska material som kallas spinnis. Dock, atomvågen och erforderliga låga temperaturer för deras stabilitet begränsar deras kontrollerbarhet. Detta ledde till utvecklingen av 2D konstgjord spinnis, där de enda atommomenten ersätts av magnetiska nano-öar arrangerade på olika galler. Uppskalningen gjorde det möjligt att studera framväxande magnetiska monopoler på mer tillgängliga plattformar. Omvänd den magnetiska orienteringen för specifika nano-öar förökar monopolerna en toppunkt ytterligare, lämnar ett spår efter sig. Detta spår, känd som Dirac Strings, lagrar nödvändigtvis energi och binder monopolerna, begränsa deras rörlighet.

Forskare kring Sabri Koraltan och Florian Slanovc, och ledd av Dieter Suess vid universitetet i Wien, har nu designat ett första 3D artificiellt spinnisgitter som kombinerar fördelarna med både atom- och 2D konstgjorda spinnisar.

I ett samarbete med gruppen Nanomagnetism and Magnonics från universitetet i Wien, och teoretisk avdelning vid Los Alamos Laboratory, USA, fördelarna med det nya gallret studeras med hjälp av mikromagnetiska simuleringar. Här, platta 2D-nano-öar ersätts av magnetiska rotationselipsoider, och ett tredimensionellt galler med hög symmetri används. "På grund av markens degenerering försvinner spänningen i Dirac -strängarna och binder de magnetiska monopolerna, "säger Sabri Koraltan, en av de första författarna till studien. Forskarna tog studien vidare till nästa steg, där en magnetisk monopol i deras simuleringar förökades genom gallret genom att applicera externa magnetfält, demonstrerar dess tillämpning som informationsbärare i ett 3D magnetiskt nano-nätverk.

Sabri Koraltan tillägger "Vi använder den tredje dimensionen och hög symmetri i det nya gallret för att koppla ihop de magnetiska monopolerna, och flytta dem i önskad riktning, nästan som riktiga elektroner. "Den andra förstförfattaren Florian Slanovc avslutar, "Monopolernas termiska stabilitet kring rumstemperatur och högre kan lägga grunden för banbrytande ny generation av 3D -lagringsteknologier."

Studien publicerades i npj Beräkningsmaterial .