3D打印纳米磁铁揭示了磁场中的图案世界

科学家们使用最先进的 3D 打印和显微镜技术，让人们对将磁铁带到纳米级的三维(比人的头发还要小 1000 倍)时会发生什么的一瞥。

由剑桥大学卡文迪许实验室领导的国际团队使用他们开发的先进 3D 打印技术来创建磁性双螺旋——如 DNA 的双螺旋——它们相互扭曲，结合曲率、手性和螺旋之间的强磁场相互作用。这样做，科学家们发现这些磁性双螺旋在磁场中产生纳米级拓扑结构，这是以前从未见过的，为下一代磁性设备打开了大门。结果发表在《自然纳米技术》上。

磁性设备影响我们社会的许多不同部分，磁铁用于产生能量、数据存储和计算。但是磁性计算设备正在快速接近二维系统中的缩小极限。对于下一代计算，人们越来越关注移动到三维，其中不仅可以通过 3D 纳米线架构实现更高的密度，而且三维几何形状可以改变磁性并提供新的功能。

“围绕着一种名为赛道记忆的尚未成熟的技术，已经有很多工作，它首先由 Stuart Parkin 提出。这个想法是将数字数据存储在纳米线的磁畴壁中，以生产具有高可靠性、性能和容量的信息存储设备，”该研究的第一作者、剑桥卡文迪什实验室的克莱尔唐纳利说，他最近搬到了马克斯普朗克研究所固体化学物理学。

“但直到现在，这个想法一直很难实现，因为我们需要能够制造三维磁系统，我们还需要了解进入三维对磁化强度和磁场的影响。 ”

“因此，在过去几年中，我们的研究重点是开发可视化三维磁结构的新方法——想想医院的 CT 扫描，但对于磁铁。我们还开发了一种用于磁性材料的 3D 打印技术。”

3D 测量是在 Paul Scherrer 研究所瑞士光源的 PolLux 光束线上进行的，这是目前唯一能够提供软 X 射线层析成像的光束线。使用这些先进的 X 射线成像技术，研究人员观察到，与 2D 相比，3D DNA 结构导致磁化结构不同。相邻螺旋中的磁畴(磁化强度都指向同一方向的区域)之间的壁对高度耦合 - 结果会变形。这些壁相互吸引，由于 3D 结构，它们旋转、“锁定”到位并形成牢固、规则的键，类似于 DNA 中的碱基对。

“我们不仅发现 3D 结构在磁化中产生有趣的拓扑纳米纹理，我们相对习惯于在那里看到这种纹理，而且在杂散磁场中也发现了令人兴奋的新纳米级场配置!”唐纳利说。

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