3D納米網(wǎng)絡(luò)有望成為現(xiàn)代固態(tài)物理學(xué)的一個(gè)新時(shí)代，在光子學(xué)、生物醫(yī)學(xué)和自旋電子學(xué)方面有許多應(yīng)用。三維磁性納米結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)可以實(shí)現(xiàn)超快速和低能量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備。由于這些系統(tǒng)中相互競(jìng)爭(zhēng)的磁相互作用，可以出現(xiàn)磁電荷或磁單極，它們可以作為移動(dòng)的、二進(jìn)制的信息載體使用。

維也納大學(xué)的研究人員現(xiàn)在已經(jīng)設(shè)計(jì)出了第一個(gè)承載非結(jié)合磁電荷的三維人工自旋冰晶格。發(fā)表在《npj計(jì)算材料》雜志上的研究結(jié)果首次從理論上證明，在新的晶格中，磁單極在室溫下是穩(wěn)定的，并且可以被外部磁場(chǎng)按需引導(dǎo)。

在一類被稱為自旋冰的磁性材料中觀察到了新興的磁單極。然而，原子尺度和其穩(wěn)定性所需的低溫限制了其可控性。這帶來(lái)了二維人工自旋冰的發(fā)展，其中單原子矩被排列在不同格子上的磁性納米片所取代。規(guī)模的擴(kuò)大允許在更容易獲得的平臺(tái)上研究出現(xiàn)的磁單極。顛倒特定納米島的磁取向，使單極子進(jìn)一步傳播一個(gè)頂點(diǎn)，留下一個(gè)痕跡。這種痕跡，即狄拉克弦，必然會(huì)儲(chǔ)存能量并束縛單極子，限制其流動(dòng)性。

Sabri Koraltan和Florian Slanovc周圍的研究人員，在維也納大學(xué)Dieter Suess的領(lǐng)導(dǎo)下，現(xiàn)在已經(jīng)設(shè)計(jì)出了第一個(gè)三維人造自旋冰晶格，結(jié)合了原子和二維人造自旋冰的優(yōu)點(diǎn)。

在與維也納大學(xué)的納米磁學(xué)和磁學(xué)小組以及美國(guó)洛斯阿拉莫斯實(shí)驗(yàn)室理論部的合作中，利用微電磁模擬研究了這種新晶格的優(yōu)點(diǎn)。在這里，平坦的二維納米片被磁性旋轉(zhuǎn)橢圓體所取代，并使用了高對(duì)稱性的三維晶格。該研究的第一作者之一Sabri Koraltan說(shuō)："由于基態(tài)的退行性，狄拉克弦的張力消失了，解除了對(duì)磁單極的約束。"研究人員將該研究進(jìn)一步推進(jìn)到下一步，在他們的模擬中，一個(gè)磁單極通過(guò)施加外部磁場(chǎng)在晶格中傳播，證明了其作為信息載體在三維磁納米網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。

Sabri Koraltan補(bǔ)充說(shuō)："我們利用新晶格中的第三維和高對(duì)稱性來(lái)解除磁單極的束縛，并在所需的方向上移動(dòng)它們，幾乎像真正的電子一樣。"另一位第一作者Florian Slanovc總結(jié)說(shuō)："單極子在室溫及以上的熱穩(wěn)定性可以為突破性的新一代三維存儲(chǔ)技術(shù)奠定基礎(chǔ)。"