V magnetickom ľade bol objavený nový typ fraktálov: ScienceAlert

fraktálne vzory všade od snehových vločiek Blesk K zubatým okrajom pláží. Nádherné na pohľad, ich opakujúca sa povaha môže tiež inšpirovať matematický pohľad na chaos fyzickej krajiny.

Nový príklad týchto matematických zvláštností bol nájdený v type magnetického materiálu známeho ako spin ice a mohol by nám pomôcť lepšie pochopiť, ako sa z jeho nestabilnej štruktúry vynára zvláštne správanie nazývané magnetické monopoly.

Spin ices sú magnetické kryštály, ktoré sa riadia rovnakými štrukturálnymi pravidlami ako vodné ióny, s jedinečnými interakciami poháňanými rotáciami ich elektrónov, ktoré tlačia a ťahajú náboje. V dôsledku tejto činnosti nemajú ani jeden nízkoenergetický stav minimálnej aktivity. Namiesto toho hlučne bzučia aj pri takmer mrazivých teplotách.

Z tohto kvantového bzučania sa vynára zvláštny jav – prvky, ktoré fungujú ako magnety s iba jedným pólom. pričom nie sú celkom imaginárne magnetická monopólová častica Veci, o ktorých si niektorí fyzici myslia, že môžu existovať v prírode, sa správajú podobným spôsobom, vďaka čomu sa oplatí študovať.

Medzinárodný tím výskumníkov preto nedávno obrátil svoju pozornosť na ľad zvaný dysprosium titanate. Keď na materiál pôsobí malé množstvo tepla, jeho typické magnetické zákony sa porušia a objaví sa unipól, v ktorom sú severný a južný pól oddelené a pôsobia nezávisle.

pred niekoľkými rokmi Tím výskumníkov identifikoval charakteristickú aktivitu magnetického monopolu v kvantovom bzučení ľadu dysprosium titanátu, ale výsledky zanechali niektoré otázky týkajúce sa presnej povahy týchto pohybov monopolu.

V tejto následnej štúdii si fyzici uvedomili, že monopoly sa nepohybujú úplná sloboda v troch rozmeroch, Namiesto toho boli obmedzené na rovinu s rozmermi 2,53 vo vnútri pevnej mriežky.

Vedci vytvorili zložité modely v atómovom meradle, aby ukázali, že pohyb monopolu bol obmedzený vo fraktálnom vzore, ktorý sa vymazával a prepisoval v závislosti od podmienok a predchádzajúcich pohybov.

„Keď sme to začlenili do našich modelov, okamžite sa objavili fraktály,“ Hovorí fyzik Jonathan Hallen z Cambridgeskej univerzity.

„Konfigurácia spinov vytvárala sieť, cez ktorú sa mal pohybovať monopol. Sieť sa vetvila ako fraktál s presne správnou amplitúdou.“

Toto dynamické správanie vysvetľuje, prečo boli fraktály predtým opustené konvenčnými experimentmi. Bol to hluk vytvorený okolo monopolov, ktorý nakoniec odhalil, čo vlastne robili a fraktálne vzorce, ktoré nasledovali.

„Vedeli sme, že sa deje niečo naozaj zvláštne,“ hovorí fyzik Claudio Castelnovo z University of Cambridge vo Veľkej Británii. „Výsledky 30-ročných experimentov sa nezhodovali.“

„Po mnohých neúspešných pokusoch interpretovať výsledky hluku sme konečne mali chvíľku heureka, keď sme si uvedomili, že monopoly musia žiť vo fraktálnom svete a nie voľne sa pohybovať v troch rozmeroch, ako sa vždy verilo.“

Tieto druhy objavov by mohli zmeniť možnosti vedy a to, ako možno použiť materiály ako ľad: možno v spintronikaVznikajúci študijný odbor, ktorý môže ponúknuť modernizáciu novej generácie oproti elektronike, ktorú dnes používame.

„Okrem vysvetlenia mnohých zaujímavých experimentálnych výsledkov, ktoré nás dlho znepokojovali, objav mechanizmu pre vznik nového typu fraktálov viedol k úplne neočakávanej ceste k nekonvenčnému pohybu v troch dimenziách,“ Hovorí teoretický fyzik Roderich Mösner z Inštitútu Maxa Plancka pre fyziku komplexných systémov v Nemecku.

Výskum bol zverejnený veda,