通過打造有史以來第一個(ge) 被稱作“旋轉冰”的材料的 3D 複製品，科學家們(men) 已經朝著利用磁荷的強大設備又更近了一步。在今日發表於(yu) 《自然通訊》期刊上的一項新研究中，由卡迪夫大學科學家帶領的一支研究團隊，就憑借複雜的 3D 打印和處理方法，製成了世界上首個(ge) 旋轉冰材料的 3D 複製品。

　　SCI Tech Daily 指出，旋冰（spin-ice）材料的特殊之處，在於(yu) 其具有所謂的單極磁體(ti) 缺陷 —— 但它在自然界中並不存在。據悉，當每種磁性材料被切成兩(liang) 半時，總會(hui) 再形成一個(ge) 具有南（S）北（N）極的新磁體(ti) 。

　　不過幾十年來，科學家們(men) 一直未放棄在到處尋找自然的磁單極子的例證。從(cong) 而將自然的基本力歸入所謂的萬(wan) 有理論，讓物理學能夠更好地集合到一個(ge) 屋簷下。

　　有趣的是，通過創造出二維的自旋冰材料，物理學家們(men) 已設法在近年製作出了人造版本的磁單極子。但迄今為(wei) 止，當材料被限製在一個(ge) 平麵上時，它就不可能獲得獲得相同的物理特性。

　　事實上，正是自旋冰晶格的特定三維幾何結構，是其創造模仿磁單極子的微小結構的非凡能力的最關(guan) 鍵之處。

　　研究團隊稱，在 3D 打印技術的加持下，他們(men) 得以定製人造自旋冰的幾何形狀，意味著他們(men) 能夠控製磁單極子的形成方式、及其在係統中的移動方式。

　　此外能夠以 3D 方式操縱微型單極磁體(ti) ，將為(wei) 科學界開辟出大量的新應用 —— 從(cong) 增強計算機存儲(chu) 、到創建模擬人腦神經結構的 3D 計算網絡。

　　研究一作、卡迪夫大學物理與(yu) 天文學院的 Sam Ladak 博士指出，這是首次有人通過人工設計，在納米尺度上打造自旋冰的精確 3D 複製品。

　　“在持續了十多年的研究之後，科學家們(men) 已經將此類係統擴展到三個(ge) 維度，從(cong) 而讓我們(men) 可以更準確地描繪自旋冰單極子的物理性質、並研究其表麵的影響”。

　　本次實驗中的人造自旋冰，使用了最先進的 3D 納米製造技術。其中微小的納米線，以晶格形式堆疊出了四層結構，而其本身的總寬度，仍小於(yu) 人類的頭發絲(si) 直徑。

　　之後，科學家使用了一種對磁性相當敏感的特殊類型的顯微鏡（磁力顯微鏡），用以將裝置上存在的電荷可視化，以便研究團隊能夠追蹤單極磁體(ti) 在 3D 結構上的運動。

　　Sam Ladak 博士補充道，其工作的重要性，在於(yu) 表明了納米級 3D 打印技術可用於(yu) 模擬此前需要化學合成才能製造的材料。

　　最終，這項工作有望衍生出一種生產(chan) 新型磁性超材料的方法。比如通過控製人工晶格的 3D 幾何形狀，來調節材料的相關(guan) 特性。

　　舉(ju) 個(ge) 例子，當前的機械硬盤 / 磁性隨機存儲(chu) 裝置隻能應用 3D 維度中的 2D 結構，但這顯然限製了它能夠存儲(chu) 的信息量。

　　如果能夠充分利用磁性單極子來圍繞 3D 晶格移動，則有望打造出真正的 3D 存儲(chu) 設備。

　　有關(guan) 這項研究的詳情，已經發表在近日出版的《自然通訊》（Nature Communications）期刊上，

　　原標題為(wei) 《三維人造自旋冰上的磁荷傳(chuan) 播》（Magnetic charge propagation upon a 3D artificial spin-ice）。

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