研究人员使用3D打印技术开发新型螺旋纳米磁铁

时间：2022-01-06 10:53 来源：中国3D打印网作者：admin 阅读：次

中国3D打印网1月5日讯，由剑桥大学卡文迪许实验室领导的国际科学家团队使用 3D 打印技术开发了一套新型的微型纳米磁铁。这些纳米磁铁采用定制的 3D 打印工艺制成，呈受 DNA 启发的双螺旋形状。据研究小组称，这种非常规结构有助于螺旋之间以前所未有的方式产生强磁场相互作用。具体来说，通过相互扭转，3D 打印的螺旋在它们产生的磁场中产生纳米级拓扑结构。
该团队相信它可以利用这种现象在纳米尺度上密切控制磁力，为“下一代”磁性设备铺平道路。该研究的第一作者克莱尔·唐纳利 (Claire Donnelly) 解释说：“这种在此长度尺度上对磁场进行模式化的新能力使我们能够定义将施加到磁性材料上的力，并了解对这些磁场进行模式化可以走多远。如果我们能够在纳米尺度上控制这些磁力，我们就更接近于达到与二维相同程度的控制。”

3D 打印的螺旋纳米磁铁及其新型磁场。图片来自剑桥大学。
二维磁系统的局限性
尽管您可能没有意识到，磁性设备是我们生活中许多不同部分不可或缺的一部分。磁铁用于发电应用，用于数据存储，对于日常计算至关重要。不过，传统计算设备正在迅速达到其小型化极限，因为它们基于 2D 磁系统。因此，为了推进计算和数据存储，剑桥团队表示，人们对过渡到 3D 磁系统的兴趣越来越大。使用 3D 纳米线架构，3D 磁系统可以提供更高的信息密度（更多的存储和更少的物理空间）和整体改进的性能。
Donnelly 补充道：“围绕着一项尚未成熟的技术进行了大量工作，该技术称为赛道记忆，最初由 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。”
迄今为止，事实证明过渡到这个新领域很困难，因为需要了解放大到 3D 对系统磁化和磁场的影响。因此，Donnelly 和团队的其他成员在过去几年中一直在研究和开发可视化 3D 磁结构的新方法。他们还开发了一种用于磁性材料的 3D 打印技术——本研究中使用的技术。

3D 打印纳米磁铁的 SEM 成像。图片来自剑桥大学。
将磁化缩放到第三维
纳米磁铁被 3D 打印后，剑桥团队在 Paul Scherrer 研究所的瑞士光源的 PolLux 光束线进行了 3D 测量。据报道，它是唯一提供软 X 射线层析成像的光束线 - 一种先进的 X 射线成像技术。研究人员发现，他们的 3D 打印螺旋磁铁具有与通常在 2D 系统中看到的不同的磁化纹理。发现磁畴之间的壁对耦合，导致变形。通过相互吸引，可以看到墙壁旋转并“锁定到位”，在印刷磁铁的螺旋之间产生强键（很像 DNA 双螺旋中的键）。Donnelly 说：“我们不仅发现 3D 结构在磁化中导致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！”在成功地 3D 打印具有三维磁化的磁铁后，科学家们现在将探索具有三维磁场的更复杂系统的生产。这项工作在多个领域显示出前景，包括粒子捕获、成像技术和智能材料。

3D 打印纳米磁铁的三维磁场。图片来自剑桥大学。
磁性材料的 3D 打印允许创建智能系统和一系列新颖的应用程序。厦门大学的研究人员此前已经开发出能够进行常规和非常规磁共振 (MR) 实验的 3D 打印射频 (RF) 探头。 MR技术通过MRI扫描广泛应用于科学研究、地质调查和临床诊断。
在其他地方，格勒诺布尔大学的研究人员此前已经开发出一种具有可变形磁场的 3D 打印微结构的方法。该方法涉及将磁性微珠添加到标准的双光子聚合 (2PP) 3D 打印对象中。通过调整材料的特性以及珠子的方向，科学家们能够制造出复杂的纳米镊子，只需使用外部磁场即可操作。

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