3D磁性納米網絡的突破有望促成新一代存儲技術

3D納米網絡有望成為現代固態物理學的一個新時代，在光子學、生物醫學和自旋電子學方面有許多應用。三維磁性納米結構的實現可以實現超快速和低能量的數據存儲設備。由於這些系統中相互競爭的磁相互作用，可以出現磁電荷或磁單極，它們可以作為移動的、二進制的信息載體使用。

維也納大學的研究人員現在已經設計出了第一個承載非結合磁電荷的三維人工自旋冰晶格。發表在《npj計算材料》雜誌上的研究結果首次從理論上證明，在新的晶格中，磁單極在室温下是穩定的，並且可以被外部磁場按需引導。

在一類被稱為自旋冰的磁性材料中觀察到了新興的磁單極。然而，原子尺度和其穩定性所需的低温限制了其可控性。這帶來了二維人工自旋冰的發展，其中單原子矩被排列在不同格子上的磁性納米片所取代。規模的擴大允許在更容易獲得的平台上研究出現的磁單極。顛倒特定納米島的磁取向，使單極子進一步傳播一個頂點，留下一個痕跡。這種痕跡，即狄拉克弦，必然會儲存能量並束縛單極子，限制其流動性。

Sabri Koraltan和Florian Slanovc周圍的研究人員，在維也納大學Dieter Suess的領導下，現在已經設計出了第一個三維人造自旋冰晶格，結合了原子和二維人造自旋冰的優點。

在與維也納大學的納米磁學和磁學小組以及美國洛斯阿拉莫斯實驗室理論部的合作中，利用微電磁模擬研究了這種新晶格的優點。在這裏，平坦的二維納米片被磁性旋轉橢圓體所取代，並使用了高對稱性的三維晶格。該研究的第一作者之一Sabri Koraltan説：“由於基態的退行性，狄拉克弦的張力消失了，解除了對磁單極的約束。“研究人員將該研究進一步推進到下一步，在他們的模擬中，一個磁單極通過施加外部磁場在晶格中傳播，證明了其作為信息載體在三維磁納米網絡中的應用。

Sabri Koraltan補充説：“我們利用新晶格中的第三維和高對稱性來解除磁單極的束縛，並在所需的方向上移動它們，幾乎像真正的電子一樣。“另一位第一作者Florian Slanovc總結説：“單極子在室温及以上的熱穩定性可以為突破性的新一代三維存儲技術奠定基礎。”