Международная группа ученых во главе с Кавендишской лабораторией Кембриджского университета использовала передовую технику 3D-печати для создания двойных магнитных спиралей, служащих носителями информации.
Исследователи обнаружили, что они создают топологические текстуры нанометрового масштаба в магнитном поле. Ранее такое явление никем не было зафиксировано, и первооткрыватели полагают, что скрученная нанопроволока может стать «родоначальницей» магнитных устройств следующего поколения.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.
Магниты широко используются в устройствах хранения данных и в вычислительных системах. Минус последних в том, что точки намагниченности в них являются структурами двухмерными. А вот нанопроволочная архитектура является трехмерной, благодаря чему можно получить более высокую плотность записи, а также изменять магнитные свойства устройства и существенно расширить его функциональные возможности.
«Мы работаем над технологией так называемой беговой (трековой) памяти. Идея состоит в том, чтобы хранить цифровые данные в магнитных доменных стенках нанопроволок для создания устройств хранения информации с высокой надежностью, производительностью и емкостью», — комментирует Клэр Доннелли, соавтор исследования из Института Макса Планка.
По ее словам, до сих пор эту идею было очень трудно реализовать, потому что у ученых не было возможности создавать трехмерные магнитные системы. Поэтому в течение последних нескольких лет исследования Международной группы были сосредоточены на разработке новых методов визуализации трехмерных магнитных структур и технологии 3D-печати магнитных материалов.
Используя передовые методы рентгеновской визуализации (мягкую рентгеновскую ламинографию), исследователи обнаружили, что трехмерная структура, вроде структуры ДНК, приводит к формированию абсолютной иной текстуры намагниченности, по сравнению с текстурой 2D-структур.
«Стенки магнитных доменов (областей, где намагничивание сосредоточено в одном направлении) соседних спиралей находятся очень близко друг к другу, также они деформированы, потому как нанопроволоки переплетены. Под действием магнитного поля эти стенки еще больше притягиваются друг к другу, вращаются, а затем „фиксируются“ и образуют прочные регулярные связи, подобные парам оснований в ДНК», — поясняют ученые.
Магнитные спирали дают исследователям возможность моделировать магнитное поле в наномасштабе и, в последствии, контролировать силу поля.
«Результат впечатляет — текстуры в двойной спирали, напоминающей ДНК, образуют прочные связи, в результате чего их форма деформируется. Но что более захватывающе, так это то, что вокруг этих связей в магнитном поле образуются „завитки“ — то есть топологические текстуры», — делится ведущий автор исследования Амалио Фернандес-Пачеко.
«Перспективы этой работы многообещающие: эти прочно связанные текстуры в магнитных спиралях обеспечивают высокую плотность записи и могут стать потенциальными носителями информации», — сказал Фернандес-Пачеко. «А при помощи моделирования магнитного поля в наномасштабе можно будет улавливать частицы, разрабатывать новые методы визуализации и „интеллектуальные“ материалы».