Britischen Forschern der Cardiff University ist es erstmals gelungen mit Hilfe von 3D-Druck gelungen, zweidimensionaler Spin-Eis-Materialien zu erschaffen und damit die künstliche Version eines magnetischen Monopols herzustellen. In der Natur selbst existieren keine einpoligen Magnete. Die Forschungen könnten zum Beispiel bei der Verbesserung der Computerspeicherung oder der Erstellung hochkomplexer 3D-Computernetzwerke, die der neuronalen Struktur des menschlichen Gehirns nachahmen, dienen.

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Durch die Schaffung zweidimensionaler Spin-Eis-Materialien ist es Physikern von der Cardiff University gelungen, künstliche Versionen eines magnetischen Monopols herzustellen. Spin-Eis-Materialien sind äußerst ungewöhnlich, da sie sich wie der einzelne Pol eines Magneten verhalten.. Die Wissenschaftler haben damit einen wichtigen Schritt in Richtung der Entwicklung leistungsstarker, technischer Geräte gemacht, indem sie mit magnetischer Ladung erste dreidimensionale Nachbildung eines Materials erstellen konnten, berichtet die Cardiff University auf ihrer Website.

Allererste 3D-Replik eines Spin-Eis-Materials

In der Natur existieren keine einpoligen Magnete, da immer ein neuer Magnet mit Nord- und Südpol entsteht, sobald ein magnetisches Material in zwei Teile geteilt wird. In einer neuen Studie, die in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht wurde, hat ein Team unter der Leitung von Wissenschaftlern der Cardiff University damit eigenen Aussagen zu Folge die allererste 3D-Replik eines Spin-Eis-Materials mit einer ausgeklügelten Art von 3D-Druck und Material-Verarbeitung erstellt.

3D-Sturktur von Spin-Eis
Wissenschaftlern ist es erstmals gelungen dreidimensionale die Nachbildung eines Materials namens „Spin-Eis“ herzustellen. Das könnte die Entwicklung einer neuen Generation technischer Geräte revolutionieren (Bild © Cardiff University).

Wie das Forschungsteam in seiner Mitteilung erklärt, konnten die Geometrie des künstlichen Spin-Eis mithilfe von 3D-Druck so angepasst werden, dass die magnetischen Monopole in den Systemen gebildet und bewegt werden. Die Möglichkeit, die Mini-Monopol-Magnete mit 3D-Druck zu manipulieren, könnte eine ganze Reihe von Anwendungen eröffnen – von verbesserter Computerspeicherung bis hin zur Erstellung von 3D-Computernetzwerken, die die neuronale Struktur des menschlichen Gehirns nachahmen.

Hauptautor Dr. Sam Ladak von der School of Physics and Astronomy der Cardiff University kommentierte:

„Seit über 10 Jahren erschaffen und untersuchen Wissenschaftler künstliches Spin-Eis in zwei Dimensionen. Durch die Erweiterung solcher Systeme auf drei Dimensionen erhalten wir eine viel genauere Darstellung der Spin-Eis-Monopol-Physik und sind in der Lage, gewissen Einfluss auf ihre Oberflächen auszuüben. Dies ist das erste Mal, dass jemand eine exakte 3D-Nachbildung eines Spin-Eis im Nanomaßstab erstellte.“

Neuartige magnetische Metamaterialien ermöglichen neue Anwendungen

Das künstliche Spin-Eis wurde unter Verwendung modernster 3D-Nanofabrikationstechniken sowie der Magnetkraftmikroskopie hergestellt – einer speziellen Art der Mikroskopie, welche die auf dem Gerät vorhandenen magnetischen Ladungen visualisieret, wodurch die Bewegung der einpoligen Magnete über die 3D-Struktur verfolgt werden konnte.

Dr. Ladak fügt hinzu:

„Unsere Arbeit ist wichtig, da sie zeigt, dass nanoskalige 3D-Drucktechnologien verwendet werden können, um Materialien nachzuahmen, die normalerweise durch Chemie synthetisiert werden. Letztendlich könnte diese Arbeit ein Mittel zur Herstellung neuartiger magnetischer Metamaterialien bieten, bei denen die Materialeigenschaften durch die Kontrolle der 3D-Geometrie eines künstlichen Gitters abgestimmt werden.“

Magnetische Speichergeräte wie Festplatten sind ein weiterer Bereich, der von diesem Durchbruch massiv betroffen sein könnte. Da aktuelle Geräte nur zwei der drei verfügbaren Dimensionen verwenden, begrenzt dies die Informationsmenge drastisch. Da die Monopole mithilfe eines Magnetfelds um das 3D-Gitter bewegt werden können, wird es wahrscheinlich möglich sein, einen echten 3D-Speicher basierend auf magnetischer Ladung zu erstellen.

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