剑桥大学
纳米尺度的磁性双螺旋(上图)被发现具有高度耦合的纹理，实验和模拟都观察到了这一点(下图)
信用:克莱尔·唐纳利 科学家们利用最先进的3D打印和显微镜技术，提供了一个新的视角，来观察将磁铁放大到纳米尺度的三维时会发生什么——比人类头发小1000倍
由剑桥大学卡文迪什实验室领导的国际团队使用他们开发的先进的3D打印技术来创建磁性双螺旋——就像脱氧核糖核酸的双螺旋一样——它们相互缠绕，结合了螺旋之间的曲率、手性和强磁场相互作用
通过这样做，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
研究结果发表在《自然纳米技术》杂志上
磁性设备影响着我们社会的许多不同部分，磁铁被用于产生能量、数据存储和计算
但是在二维系统中，磁性计算设备正在快速接近它们的收缩极限
对于下一代计算，人们越来越有兴趣转向三维计算，在三维计算中，三维纳米线架构不仅可以实现更高的密度，而且三维几何形状可以改变磁性并提供新的功能
“有很多工作围绕着一项尚未建立的技术展开，这项技术被称为赛道记忆，最初由斯图尔特·帕金提出
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、高性能和高容量的信息存储设备，”该研究的第一作者克莱尔·唐纳利说，她来自剑桥的卡文迪什实验室，最近搬到了马克斯·普朗克固体化学物理研究所
“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性系统，我们还需要了解三维化对磁化强度和磁场的影响
" “因此，在过去的几年里，我们的研究集中在开发可视化三维磁性结构的新方法上——想想医院里的CT扫描，但是对于磁体来说
我们还开发了磁性材料的3D打印技术
" 三维测量是在保罗·舍勒研究所瑞士光源的波路光束线上进行的，这是目前唯一能够提供软x光层摄影的光束线
利用这些先进的x光成像技术，研究人员观察到，与在2D看到的情况相比，三维脱氧核糖核酸结构导致了磁化强度的不同纹理
相邻螺旋中磁畴(磁化方向都指向同一方向的区域)之间的成对壁高度耦合，结果变形
这些壁相互吸引，并由于三维结构而旋转，“锁定”在适当的位置，形成牢固、规则的键，类似于DNA中的碱基对
“我们不仅发现3D结构导致了磁化强度中有趣的拓扑纳米结构，在磁化强度中，我们相对习惯于看到这样的结构，而且在磁杂散场中，这揭示了令人兴奋的新纳米级场配置！”唐纳利说
“这种在这种长度尺度上对磁场进行图案化的新能力，让我们能够定义将对磁性材料施加什么力，以及我们在图案化这些磁场方面能走多远
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二维空间的控制程度
" “结果令人着迷——类似DNA的双螺旋中的结构在螺旋之间形成了强键，结果导致它们的形状变形，”主要作者阿马利奥·费尔南德斯-帕切科解释道，他是前卡文迪什研究员，现在阿拉贡纳米科学与材料研究所工作
“但更令人兴奋的是，围绕这些键在磁场中形成漩涡——拓扑结构！” 从磁化强度的二维到三维，现在唐纳利和她来自保罗·舍勒研究所以及格拉斯哥大学、萨拉戈萨大学、奥维耶多大学和维也纳大学的合作者将探索从磁场的二维到三维的全部潜力
费尔南德斯-帕切科说:“这项工作的前景是多方面的:磁性螺旋中这些强结合的纹理预示着高度稳健的运动，并可能成为潜在的信息载体。”
“更令人兴奋的是这种在纳米尺度上形成磁场模式的新潜力，这可能为粒子捕获、成像技术以及智能材料提供新的可能性
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