納米級(jí)磁性雙螺旋（頂部）被發(fā)現(xiàn)承載高度耦合的紋理，這可通過實(shí)驗(yàn)和模擬（底部）觀察到。圖片來源：《自然·納米技術(shù)》/克萊爾唐納利
科技日?qǐng)?bào)記者 張夢(mèng)然
據(jù)21日發(fā)表在《自然·納米技術(shù)》上的一項(xiàng)研究，由英國(guó)劍橋大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際團(tuán)隊(duì)使用先進(jìn)3D打印技術(shù)制造了磁性雙螺旋，就像DNA的雙螺旋一樣，它們相互扭曲，結(jié)合了螺旋之間的曲率、手性和強(qiáng)磁場(chǎng)相互作用。科學(xué)家們由此發(fā)現(xiàn)這些磁性雙螺旋在磁場(chǎng)中產(chǎn)生納米級(jí)的拓?fù)浼y理，這是此前從未見過的，為開發(fā)下一代磁性器件打開了大門。
磁性設(shè)備影響社會(huì)的方方面面，包括產(chǎn)生能量、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算。但磁性計(jì)算設(shè)備正在迅速接近其在二維系統(tǒng)中的縮小極限。對(duì)于下一代計(jì)算，人們?cè)絹碓疥P(guān)注轉(zhuǎn)向三維，因?yàn)椴粌H可通過3D納米線架構(gòu)實(shí)現(xiàn)更高的密度，而且三維幾何形狀可改變磁性并提供新功能。
賽道記憶是一種尚未成熟的技術(shù)，其原理是將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在納米線的磁疇壁中，以生產(chǎn)具有更高可靠性、性能和容量的信息存儲(chǔ)設(shè)備。但直到目前，這個(gè)想法一直很難實(shí)現(xiàn)。
在過去幾年中，研究人員將重點(diǎn)放在開發(fā)可視化三維磁結(jié)構(gòu)的新方法，還開發(fā)了一種用于磁性材料的3D打印技術(shù)。3D測(cè)量是在瑞士光源PolLux光束線上進(jìn)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(jìn)的X射線成像技術(shù)，研究人員觀察到與2D相比，3DDNA結(jié)構(gòu)導(dǎo)致磁化中的紋理不同。相鄰螺旋中的磁疇（磁化強(qiáng)度都指向同一方向的區(qū)域）之間的成對(duì)壁高度耦合，因此會(huì)變形。這些壁相互吸引，并且由于3D結(jié)構(gòu)，它們旋轉(zhuǎn)、“鎖定”到位并形成牢固而規(guī)則的鍵，類似于DNA中的堿基對(duì)。
劍橋卡文迪什實(shí)驗(yàn)室的克萊爾·唐納利表示：“我們不僅發(fā)現(xiàn)3D結(jié)構(gòu)在磁化中導(dǎo)致有趣的拓?fù)浼{米紋理，而且在雜散磁場(chǎng)中也發(fā)現(xiàn)了新納米級(jí)場(chǎng)配置。如果我們能夠在納米尺度上控制這些磁力，我們就更接近于達(dá)到與二維相同程度的控制。”
研究人員表示，該結(jié)果令人著迷。類似DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)在螺旋之間形成強(qiáng)鍵，從而使它們的形狀發(fā)生變形，而圍繞這些鍵在磁場(chǎng)中形成的漩渦——拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更令人興奮，其將擁有多方面應(yīng)用前景。
總編輯圈點(diǎn)
之所以說將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在納米線磁疇壁中一直是個(gè)夢(mèng)，是因?yàn)榭茖W(xué)家不但需要制造三維磁系統(tǒng)，還需要了解進(jìn)入三維以后對(duì)磁化強(qiáng)度和磁場(chǎng)的確切影響。如今科學(xué)家擁有了對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行模式化的新能力，并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(jié)合的紋理可能成為潛在的信息載體，并能為粒子捕獲、成像技術(shù)以及智能材料推開一扇以前不敢想象的窗。
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