Manyetik buzda yeni bir tür fraktal keşfedildi: ScienceAlert

Fraktal desenler, kar tanelerinden kar tanelerine kadar her yerde bulunabilir. Şimşek kıyı şeridinin pürüzlü kenarlarına. Görmek güzel, yinelenen doğaları, manzaranın kaosuna ilişkin matematiksel içgörülere de ilham verebilir.

Bu matematiksel anomalinin yeni bir örneği, spinice olarak bilinen bir manyetik malzeme türünde ortaya çıkarıldı ve bu, manyetik tek kutup adı verilen garip bir davranışın kararsız yapısından nasıl ortaya çıktığını daha iyi anlamamıza yardımcı olabilir.

Dönen buzlar, yüklerin itilmesi ve çekilmesinden ziyade elektronlarının dönüşleri tarafından yönetilen benzersiz etkileşimlerle, su buza benzer yapısal kurallara tabi olan manyetik kristallerdir. Bu aktivitenin bir sonucu olarak, minimum aktivitenin tek bir düşük enerji durumuna sahip değillerdir. Bunun yerine, son derece düşük sıcaklıklarda bile neredeyse ses çıkarırlar.

Bu kuantum rezonansından garip bir fenomen ortaya çıkıyor – tek kutuplu mıknatıslar gibi davranan özellikler. Tamamen sanal olmasalar da manyetik tek kutuplu parçacıklar Bazı fizikçiler doğada var olabileceklerini düşünürler, yeterince benzer şekilde davranırlar ve araştırmaya değerdirler.

Bu nedenle, uluslararası bir araştırma ekibi yakın zamanda dikkatlerini disprosyum titanat adı verilen dönen bir buza çevirdi. Malzemeye küçük miktarlarda ısı uygulandığında, tipik manyetik tabanları kırılır ve kuzey ve güney kutuplarının birbirinden ayrıldığı ve bağımsız olarak çalıştığı tek kutuplar ortaya çıkar.

birkaç yıl önce Araştırmacılardan oluşan bir ekip, disprosyum titanatın dönen buzunun kuantum rezonansında farklı tek kutuplu manyetik aktivite belirledi, ancak sonuçlar bu tek kutuplu hareketlerin tam doğası hakkında bazı sorular bırakıyor.

Bu takip çalışmasında, fizikçiler monopollerin kendileriyle birlikte hareket etmediğini fark ettiler. Üç boyutta tam özgürlük. Bunun yerine, sabit bir kafes içinde 2.53 boyut düzeyiyle sınırlandırıldılar.

Bilim adamları, tek kutuplu hareketin, önceki koşullara ve hareketlere bağlı olarak silinip yeniden yazılan bir fraktal model tarafından kısıtlandığını göstermek için atomik düzeyde karmaşık modeller oluşturdular.

“Bunu modellerimize eklediğimizde, fraktallar hemen ortaya çıktı.” fizikçi Jonathan Hallen diyor Cambridge Üniversitesi’nden.

“Dönüşlerin konfigürasyonları, monadların gezinmesi gereken bir ağ oluşturuyordu. Ağ, tam olarak doğru boyutta dallanan bir fraktaldı.”

Bu dinamik davranış, fraktalların neden daha önce klasik deneyler tarafından gözden kaçırıldığını açıklıyor. Sonunda gerçekte ne yaptıklarını ve izledikleri fraktal modeli ortaya çıkaran şey, tekellerin etrafında yaratılan yutturmacaydı.

“Gerçekten garip bir şeyler döndüğünü biliyorduk,” dedi. fizikçi Claudio Castelnovo diyor İngiltere’deki Cambridge Üniversitesi’nden. “30 yıllık deneylerin sonuçları işe yaramadı.”

“Gürültünün sonuçlarını açıklamaya yönelik birkaç başarısız girişimden sonra, nihayet bir eureka anı yaşadık ve tek kutupların her zaman varsayıldığı gibi fraktal bir dünyada yaşamaları ve üç boyutta serbestçe hareket etmemeleri gerektiğini anladık.”

Bu tür atılımlar, bilimin olanaklarında ve spin ice gibi malzemelerin nasıl kullanılabileceğinde artan değişikliklere yol açabilir: muhtemelen spintronikbugün kullandığımız elektronik cihazlarda yeni nesil bir yükseltme sunabilecek, gelişmekte olan bir çalışma alanı.

“Bizi uzun süredir zorlayan pek çok şaşırtıcı deneysel sonucu açıklamanın yanı sıra, yeni bir tür fraktalın ortaya çıkması için bir mekanizmanın keşfi, üç boyutta meydana gelen geleneksel olmayan hareketin tamamen beklenmedik bir yörüngesine yol açtı.” teorik fizikçi Roderich Mossner diyor Almanya’daki Max Planck Karmaşık Sistemlerin Fiziği Enstitüsü’nden.

Araştırma yayınlandı Bilimler.