对立面吸引磁力(北极被吸引到南极，反之亦然)所以这些单极试图移动找到他们的完美匹配。但是由于传统的人工旋转冰是2D系统，单极子是高度局限的，因此不是磁单极子行为的真实表现，首席作者AlanFarhan说，他是伯克利实验室高级光源(ALS)的博士后研究员。这项研究的时间，现在与瑞士的PaulScherrer研究所合作。

为了克服这一障碍，伯克利实验室领导的团队模拟了一个遵循“冰规则”的纳米级3D系统，这个规则控制着原子如何在由水或矿物烧绿石形成的冰中排列。

“这是我们工作的一个关键因素，”法尔汉说。“通过我们的3D系统，北极单极或南极单极可以移动到任何想去的地方，与环境中的其他粒子相互作用就像孤立的磁荷一样-换句话说就像单极子一样。”

芯片上的纳米世界

该团队使用伯克利实验室分子铸造厂(一家纳米级科学研究机构)开发的复杂光刻工具来模拟纳米磁铁的3D方形晶格。晶格中的每个磁体大约是细菌的大小，并且放置在平坦的1厘米×1厘米的硅晶片上。

Farhan表示，“这是一个纳米世界-在微小的晶圆上采用微小的结构”，但原子配置与天然冰完全相同。

为了构建纳米结构，研究人员合成了两次曝光，每次曝光在20到30纳米之间。在MolecularFoundry，共同作者ScottDhuey在微小的硅芯片上制作了四种结构的纳米图案。然后在ALS研究芯片，ALS是一个同步加速器光源研究设施，向来自世界各地的访问科学家开放。研究人员使用了一种称为X射线光电子显微镜(PEEM)的技术，将强大的X射线光束引导到纳米图案的磁性结构，观察单极子如何形成和移动以响应温度的变化。

与其他光源的PEEM显微镜相比，伯克利实验室的PEEM3显微镜具有更高的X射线入射角，最大限度地减少了阴影效应-这与当太阳以一定角度撞击表面时建筑物投射的阴影相似。“事实上，所记录的图像显示没有任何阴影效应，”法尔汉说。“这使得PEEM3成为该项目成功的最关键因素。”

Farhan补充说，PEEM3是世界上唯一一款能够在低于100开尔文(低于零下280华氏度)范围内为用户提供全温度控制的显微镜，实时捕捉当人工冰冻融化成液体时出现的异常磁单极子当液体蒸发成类似气体的磁荷状态时-一种称为等离子体的物质。

研究人员现在希望将越来越小的纳米磁体用于推进更小但更强大的自旋电子学-这是一个广受欢迎的微电子领域，利用粒子的磁自旋特性将更多数据存储在磁性硬盘等较小的设备中。

这种装置将使用磁性薄膜和超导薄膜来部署和操纵磁单极子，以根据其极的北或南方向对数据进行分类和存储-类似于传统磁存储装置中的零和零。