Emergent magnetiske monopoler styret ved stuetemperatur

Tredimensionelle (3D) nano-netværk lover en ny æra inden for moderne solid state-fysik med mange anvendelser inden for fotonik, biomedicin, og spintronics. Realiseringen af ​​3D magnetiske nano-arkitekturer kunne muliggøre ultrahurtige og lavenergi datalagringsenheder. På grund af konkurrerende magnetiske interaktioner i disse systemer, magnetiske ladninger eller magnetiske monopoler kan dukke op, som kan bruges som mobil, binære informationsbærere. Forskere ved universitetet i Wien har nu designet det første 3D kunstige spin -isgitter, der er vært for ubundne magnetiske ladninger. Resultaterne offentliggjort i tidsskriftet npj Computational Materials præsentere en første teoretisk demonstration af, at i det nye gitter, de magnetiske monopoler er stabile ved stuetemperatur og kan styres efter behov af eksterne magnetfelter.

Emergent magnetiske monopoler observeres i en klasse af magnetiske materialer kaldet spin -is. Imidlertid, atomskalaerne og krævede lave temperaturer for deres stabilitet begrænser deres kontrollerbarhed. Dette førte til udviklingen af ​​2D kunstig spin -is, hvor de enkelte atommomenter erstattes af magnetiske nano-øer arrangeret på forskellige gitter. Opskaleringen tillod undersøgelse af nye magnetiske monopoler på mere tilgængelige platforme. Ved at vende den magnetiske orientering af specifikke nano-øer formerer monopolerne sig et punktum yderligere, efterlader et spor efter sig. Dette spor, kendt som Dirac Strings, lagrer nødvendigvis energi og binder monopolerne, begrænser deres mobilitet.

Forskere omkring Sabri Koraltan og Florian Slanovc, og ledet af Dieter Suess ved universitetet i Wien, har nu designet et første 3D kunstigt spin-isgitter, der kombinerer fordelene ved både atom- og 2D kunstige spin-is.

I et samarbejde med gruppen Nanomagnetisme og Magnonik fra Universitetet i Wien, og teoretisk afdeling af Los Alamos Laboratory, USA, fordelene ved det nye gitter undersøges ved anvendelse af mikromagnetiske simuleringer. Her, flade 2D nano-øer erstattes af magnetiske roterende ellipsoider, og der anvendes et tredimensionalt gitter med høj symmetri. "På grund af degenerationen af ​​grundtilstanden forsvinder spændingen i Dirac -strengene og binder de magnetiske monopoler, "bemærker Sabri Koraltan, en af ​​de første forfattere til undersøgelsen. Forskerne tog undersøgelsen videre til det næste trin, hvor en magnetisk monopol i deres simuleringer blev formeret gennem gitteret ved at anvende eksterne magnetfelter, demonstrere dens anvendelse som informationsbærere i et 3D magnetisk nano-netværk.

Sabri Koraltan tilføjer "Vi gør brug af den tredje dimension og høj symmetri i det nye gitter til at afbinde de magnetiske monopoler, og flytte dem i de ønskede retninger, næsten som ægte elektroner. "Den anden førsteforfatter Florian Slanovc slutter, "Monopolernes termiske stabilitet omkring stuetemperatur og derover kunne lægge grundlaget for banebrydende ny generation af 3D -lagringsteknologier."

Undersøgelsen blev offentliggjort i npj Computational Materials .