Искусственные наномагниты вдохновляют механическую систему с возможностью памяти

Важные новости

Искусственные наномагниты вдохновляют механическую систему возможности памяти

Принцип конструкции. Фото: Nature Communications (2024 г.). DOI: 10.1038/s41467-024-47780-w

Международная исследовательская группа, включающая Лос-Аламосскую национальную лабораторию и Тель-Авивский университет, разработала уникальный механический метаматериал, который, подобно компьютеру, следующему инструкциям, может запоминать порядок действий, выполняемых с ним. Названный Чако в честь места археологических раскопок на севере Нью-Мексико, новый метаматериал открывает путь к приложениям в области хранения данных, робототехники и даже механических вычислений.

Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications< /i>.

«Если вы потянете резинку, а затем скрутите ее, вы получите тот же результат, как если бы вы скрутили, а затем потянули ее. Обычные материалы реагируют таким же образом на последовательность механических манипуляции независимо от их порядка», — сказал Криштиану Низоли, ученый из Лос-Аламоса.

«Однако Чако демонстрирует поведение, зависящее от истории, и помнит прошлые операции. Эта память типична для магнитных, а не механических систем; мы специально разработали Чако как механический аналог наномагнита, называемого Шакти. Наша идея заключалась в том, что Чако может наследовать магнитные свойства памяти обычно отсутствуют в механике.»

Дизайн, вдохновленный магнитным разочарованием

Концепция разочарования, типичная для экзотических магнитных систем, вдохновила Чако на создание дизайна и лежит в основе его свойств памяти. Магнитам можно помешать достичь простого, упорядоченного состояния из-за геометрической неудовлетворенности, если их магнитные моменты спроектированы стратегически. Точно так же трехмерные строительные блоки Чако устроены несовместимыми способами, что не позволяет им легко образовать упорядоченную конфигурацию с низким энергопотреблением.

«Такое расположение порождает множество внутренних состояний, в которые может быть помещена память. закодированы», — говорит Чавива Сироте-Кац, докторант Тель-Авивского университета.

Неабелев ответ в экспериментах Чако метаматериал, подвергающийся одним и тем же операциям в разном порядке. Фото: Nature Communications (2024 г.). DOI: 10.1038/s41467-024-47780-w

Чако был разработан в теоретическом отделе Лос-Аламоса и реализован в Тель-Авивском университете. Нисоли предложил раннюю конструкцию, опираясь на свой опыт разработки неудовлетворительных искусственных наномагнитов. Карл Мерриган и Яир Шокеф из Тель-Авивского университета завершили разработку проекта во время посещения Центра нелинейных исследований в Лос-Аламосе. Группа осознала, что математическая основа магнитной фрустрации может быть перенесена в метамеханику с аналогичной экзотической феноменологией.

Как Чако распознает последовательность действий? Ключом является неабелева природа материала, а это означает, что порядок операций важен для реакции материала.

«Этот материал подобен механическому запоминающему устройству, которое может запоминать последовательность входных данных», — сказал он. Дор Шохат, докторант Тель-Авивского университета в группе Йоава Лахини.

«Каждый из его механических строительных блоков имеет два стабильных состояния, точно так же, как один бит магнитной памяти. Перестановка двух единиц внутри материала может привести к одному конечному состоянию, но переворот этих двух единиц в обратном порядке приведет к другому конечному состоянию. .»

Кодирование информации в последовательности действий

Исследователи использовали эту возможность для кодирования информации в последовательности действий. Наблюдение за конечным состоянием материала позволяет получить информацию.

«Область метамеханики обещает новые интеллектуальные материалы по своей конструкции», — сказал Нисоли. «В теоретическом отделе мы делали нечто подобное, разрабатывая новые наномагниты. А теперь, наполняя механические материалы экзотическими свойствами и функциями, связанными с магнитами, мы открыли новое направление дизайна в метамеханике».

Дополнительная информация: Чавива Сироте-Кац и др., Эмерджентное расстройство и механическая память в периодических метаматериалах, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-47780-w

Информация журнала: Nature Communications

Предоставлено Национальной лабораторией Лос-Аламоса

Новости сегодня

Последние новости