3D打印納米磁鐵揭示磁場中的圖案世界

科技日報北京12月21日電 （記者張夢然）據21日發表在《自然·納米技術》上的一項研究，由英國劍橋大學卡文迪什實驗室領導的國際團隊使用先進3D打印技術製造了磁性雙螺旋，就像DNA的雙螺旋一樣，它們相互扭曲，結合了螺旋之間的曲率、手性和強磁場相互作用。科學家們由此發現這些磁性雙螺旋在磁場中產生納米級的拓撲紋理，這是此前從未見過的，為開發下一代磁性器件打開了大門。

磁性設備影響社會的方方面面，包括產生能量、數據存儲和計算。但磁性計算設備正在迅速接近其在二維繫統中的縮小極限。對於下一代計算，人們越來越關注轉向三維，因為不僅可通過3D納米線架構實現更高的密度，而且三維幾何形狀可改變磁性並提供新功能。

賽道記憶是一種尚未成熟的技術，其原理是將數字數據存儲在納米線的磁疇壁中，以生產具有更高可靠性、性能和容量的信息存儲設備。但直到目前，這個想法一直很難實現。

在過去幾年中，研究人員將重點放在開發可視化三維磁結構的新方法，還開發了一種用於磁性材料的3D打印技術。3D測量是在瑞士光源PolLux光束線上進行的，這是目前唯一能夠提供軟X射線層析成像的光束線。使用先進的X射線成像技術，研究人員觀察到與2D相比，3DDNA結構導致磁化中的紋理不同。相鄰螺旋中的磁疇（磁化強度都指向同一方向的區域）之間的成對壁高度耦合，因此會變形。這些壁相互吸引，並且由於3D結構，它們旋轉、“鎖定”到位並形成牢固而規則的鍵，類似於DNA中的鹼基對。

劍橋卡文迪什實驗室的克萊爾·唐納利表示：“我們不僅發現3D結構在磁化中導致有趣的拓撲納米紋理，而且在雜散磁場中也發現了新納米級場配置。如果我們能夠在納米尺度上控制這些磁力，我們就更接近於達到與二維相同程度的控制。”

研究人員表示，該結果令人着迷。類似DNA的雙螺旋結構在螺旋之間形成強鍵，從而使它們的形狀發生變形，而圍繞這些鍵在磁場中形成的漩渦——拓撲結構更令人興奮，其將擁有多方面應用前景。

總編輯圈點

之所以説將數據存儲在納米線磁疇壁中一直是個夢，是因為科學家不但需要製造三維磁系統，還需要了解進入三維以後對磁化強度和磁場的確切影響。如今科學家擁有了對磁場進行模式化的新能力，並能夠定義施加到磁性材料上的力，未來，這種磁性螺旋中牢固結合的紋理可能成為潛在的信息載體，並能為粒子捕獲、成像技術以及智能材料推開一扇以前不敢想象的窗。