Нов тип фрактал е открит в магнитен лед: ScienceAlert

Фракталните модели могат да бъдат намерени навсякъде – от снежинки до снежинки Светкавица до назъбените ръбове на бреговете. Красиви за гледане, тяхната повтаряща се природа може също да вдъхнови математически прозрения в хаоса на пейзажа.

Нов пример за тази математическа аномалия е разкрит в вид магнитен материал, известен като спинов лед, и може да ни помогне да разберем по-добре как странно поведение, наречено магнитни монополи, възниква от неговата нестабилна структура.

Завъртанията са магнитни кристали, които се подчиняват на подобни структурни правила като водния лед, с уникални взаимодействия, управлявани от въртенето на техните електрони, а не от избутването и издърпването на заряди. В резултат на тази дейност те нямат нито едно нискоенергийно състояние на минимална активност. Вместо това те почти издават шум, дори при изключително ниски температури.

От този квантов резонанс възниква странен феномен – свойства, които действат като магнити само с един полюс. Докато те не са напълно виртуални магнитни монополярни частици Някои физици смятат, че той може да съществува в природата, като се държи по достатъчно подобен начин, за да си струва да бъде изучаван.

Така международен екип от изследователи наскоро насочи вниманието си към въртящ се лед, наречен диспрозиев титанат. Когато към материала се приложат малки количества топлина, неговите типични магнитни основи се разрушават и се появяват монополи, като северният и южният полюс са разделени и работят независимо.

преди няколко години Екип от изследователи е идентифицирал различна униполярна магнитна активност в квантовия резонанс на въртящ се лед на диспрозиев титанат, но резултатите оставят някои въпроси относно точното естество на тези униполярни движения.

В това последващо проучване физиците осъзнаха, че монополите не се движат с тях Пълна свобода в три измерения. Вместо това те бяха ограничени до ниво на измерение 2,53 в рамките на фиксирана решетка.

Учените създадоха сложни модели на атомно ниво, за да покажат, че еднополярното движение е ограничено от фрактален модел, който е изтрит и пренаписан в зависимост от предишни условия и движения.

„Когато вмъкнахме това в нашите модели, фракталите се появиха веднага,“ казва физикът Джонатан Халън от университета в Кеймбридж.

„Конфигурациите на завъртанията създаваха мрежа, в която монадите трябваше да се движат. Мрежата беше разклонен фрактал с точното измерение.“

Това динамично поведение обяснява защо фракталите преди са били пренебрегвани от класическите експерименти. Именно шумът, създаден около монополите, в крайна сметка разкри какво всъщност правят и фракталния модел, който следват.

„Знаехме, че се случва нещо наистина странно“, каза той. казва физикът Клаудио Кастелново от университета в Кеймбридж в Обединеното кралство. „Резултатите от 30 години експерименти не са работили.“

„След няколко неуспешни опита да обясним резултатите от шума, най-накрая имахме момент на еврика, осъзнавайки, че монополите трябва да живеят във фрактален свят, а не да се движат свободно в три измерения, както винаги се е предполагало.“

Тези видове открития могат да доведат до постепенни промени във възможностите на науката и как могат да се използват материали като въртящ се лед: вероятно в спинтрониканововъзникваща област на изследване, която може да предложи следващо поколение надграждане на електрониката, която използваме днес.

„Освен че обяснява много озадачаващи експериментални резултати, които отдавна ни предизвикват, откриването на механизъм за появата на нов тип фрактал доведе до напълно неочаквана траектория на неконвенционално движение, което се случва в три измерения,“ казва теоретичният физик Родерих Моснер от Института Макс Планк по физика на сложните системи в Германия.

Изследване, публикувано в наука.