Le nano-reti tridimensionali (3D) promettono una nuova era nella moderna fisica dello stato solido con numerose applicazioni in fotonica, biomedicina, e spintronica. La realizzazione di nano-architetture magnetiche 3D potrebbe consentire dispositivi di archiviazione dati ultraveloci ea basso consumo energetico. A causa delle interazioni magnetiche concorrenti in questi sistemi, possono emergere cariche magnetiche o monopoli magnetici, che può essere utilizzato come cellulare, vettori di informazioni binarie. I ricercatori dell'Università di Vienna hanno ora progettato il primo reticolo di ghiaccio artificiale 3D che ospita cariche magnetiche non legate. I risultati pubblicati sulla rivista npj Materiali di calcolo presentare una prima dimostrazione teorica che, nel nuovo reticolo, i monopoli magnetici sono stabili a temperatura ambiente e possono essere pilotati su richiesta da campi magnetici esterni.

I monopoli magnetici emergenti si osservano in una classe di materiali magnetici chiamati spin ice. Però, le scale atomiche e le basse temperature richieste per la loro stabilità ne limitano la controllabilità. Ciò ha portato allo sviluppo di ghiaccio artificiale 2D, dove i singoli momenti atomici sono sostituiti da nano-isole magnetiche disposte su reticoli differenti. L'up-scaling ha permesso lo studio di monopoli magnetici emergenti su piattaforme più accessibili. Invertendo l'orientamento magnetico di specifiche nano-isole, i monopoli si propagano ulteriormente di un vertice, lasciando una traccia. Questa traccia, noto come Dirac Strings, immagazzina necessariamente energia e legano i monopoli, limitando la loro mobilità.

Ricercatori di Sabri Koraltan e Florian Slanovc, e guidato da Dieter Suess all'Università di Vienna, hanno ora progettato un primo reticolo di ghiaccio artificiale 3D che combina i vantaggi di entrambi i ghiacci artificiali atomici e 2D.

In collaborazione con il gruppo Nanomagnetismo e Magnonica dell'Università di Vienna, e Divisione Teorica del Laboratorio di Los Alamos, STATI UNITI D'AMERICA, i benefici del nuovo reticolo sono studiati utilizzando simulazioni micromagnetiche. Qui, le nano-isole piatte 2D sono sostituite da ellissoidi rotazionali magnetici, e viene utilizzato un reticolo tridimensionale ad alta simmetria. "A causa della degenerazione dello stato fondamentale la tensione delle corde di Dirac svanisce sciogliendo i monopoli magnetici, " commenta Sabri Koraltan, uno dei primi autori dello studio. I ricercatori hanno portato lo studio al passaggio successivo, dove nelle loro simulazioni un monopolo magnetico è stato propagato attraverso il reticolo applicando campi magnetici esterni, dimostrando la sua applicazione come portatori di informazioni in una nanorete magnetica 3D.

Sabri Koraltan aggiunge "Utilizziamo la terza dimensione e l'elevata simmetria nel nuovo reticolo per separare i monopoli magnetici, e spostarli nelle direzioni desiderate, quasi come veri elettroni." L'altro primo autore Florian Slanovc conclude, "La stabilità termica dei monopoli intorno alla temperatura ambiente e oltre potrebbe gettare le basi per la rivoluzionaria nuova generazione di tecnologie di archiviazione 3D".

Lo studio è stato pubblicato su npj Materiali di calcolo .