科学家们使用最先进的3D打印技术和显微镜技术，让人们看到了磁铁中纳米级三维空间的影像。

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，创造了类似于DNA双螺旋的磁性双螺旋，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。科学家们发现这些磁性双螺旋在磁场中产生纳米级的拓扑纹理，这是以前从未见过的，为下一代的磁性设备打开了大门。该成果发表在《自然-纳米技术》上。

磁性设备在我们日常的生活、工作中应用非常广泛，用于产生能量的电机，用于数据的存储和计算等等。不过目前的磁性计算设备正在快速接近其在二维系统中的极限。因此，人们对磁性的三维空间兴趣越来越大，以实现更强的性能。

“围绕着一项尚未建立的技术，有很多工作要做，这项技术被称为赛马场存储器，首先由斯图尔特-帕金提出。该想法是将数字数据存储在纳米线的磁畴壁中，以产生具有高可靠性、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。

“但是直到现在，这个想法都很难实现，因为我们需要能够做出三维的磁系统，而且我们还需要了解进入三维对磁化和磁场的影响。”

“因此，在过去的几年里，我们的研究集中在开发新的方法来可视化三维磁结构--想想医院里的CT扫描，但对于磁铁来说。我们还开发了一种用于磁性材料的三维打印技术。"

三维测量是在保罗-舍勒研究所的瑞士光源的PolLux光束线上进行的，这是目前唯一能够提供软X射线层析的光束线。利用这些先进的X射线成像技术，研究人员观察到3D DNA结构导致了与2D中看到的不同的磁化纹理。相邻螺旋中的磁畴（磁化全部指向同一方向的区域）之间的一对壁是高度耦合的，因此会变形。这些壁相互吸引，并且由于三维结构，旋转，"锁定 "到位并形成强大、有规律的结合，类似于DNA中的碱基对。

唐纳利说："我们不仅发现三维结构导致了磁化中有趣的拓扑学纳米纹理，在那里我们相对习惯于看到这样的纹理，而且在磁杂散场中也发现了令人兴奋的新纳米级场配置！"。

"这种在这种长度尺度上对磁场进行图案化的新能力使我们能够确定将对磁性材料施加什么样的力，并了解我们在对这些磁场进行图案化方面能走多远。如果我们能在纳米尺度上控制这些磁力，我们就更接近于达到与我们在二维空间中相同的控制程度。"

"结果是令人着迷的--类似DNA的双螺旋中的纹理在螺旋之间形成强大的结合，结果使它们的形状变形，"主要作者Amalio Fernandez-Pacheco解释说，他是前卡文迪许研究员，现在在****贡纳米科学与材料研究所工作。"但更令人兴奋的是，在这些键的周围形成了磁场中的漩涡--拓扑纹理！"

在磁化方面从二维到三维之后，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在磁场方面从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：磁螺旋中的这些强粘合纹理有望成为高度稳健的运动，并可能成为信息的潜在载体。"更令人兴奋的是这种在纳米尺度上对磁场进行图案化的新潜力，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。"