В магнитном льду обнаружен новый тип фракталов: ScienceAlert

Фрактальные узоры можно найти повсюду, от снежинок до снежинок. Молния к неровным краям береговой линии. Приятно видеть, что их повторяющийся характер также может вдохновить на математическое понимание хаоса ландшафта.

Новый пример этой математической аномалии был обнаружен в типе магнитного материала, известного как спиновой лед, и он может помочь нам лучше понять, как странное поведение, называемое магнитными монополями, возникает из его нестабильной структуры.

Спины — это магнитные кристаллы, которые подчиняются тем же структурным правилам, что и водяной лед, с уникальными взаимодействиями, определяемыми вращением их электронов, а не толканием и притяжением зарядов. В результате этой деятельности у них нет какого-либо единого низкоэнергетического состояния минимальной активности. Вместо этого они почти не шумят даже при экстремально низких температурах.

Из этого квантового резонанса возникает странное явление — свойства, которые действуют как магниты только с одним полюсом. Пока они не совсем виртуальные магнитные монополярные частицы Некоторые физики считают, что он может существовать в природе и вести себя достаточно похоже, чтобы его стоило изучать.

Поэтому международная группа исследователей недавно обратила свое внимание на вращающийся лед под названием титанат диспрозия. Когда к материалу прикладывается небольшое количество тепла, его типичные магнитные основания разрушаются, и появляются монополи с северным и южным полюсами, разделенными и работающими независимо.

несколько лет назад Группа исследователей определила отчетливую униполярную магнитную активность в квантовом резонансе вращающегося льда титаната диспрозия, однако результаты оставляют некоторые вопросы о точной природе этих униполярных движений.

В этом последующем исследовании физики поняли, что монополи не двигаются вместе с ними. Полная свобода в трех измерениях. Вместо этого они были ограничены уровнем измерения 2,53 в фиксированной решетке.

Ученые создали сложные модели на атомном уровне, чтобы показать, что униполярное движение ограничивается фрактальной структурой, которая стирается и переписывается в зависимости от предыдущих условий и движений.

«Когда мы вставили это в наши модели, сразу появились фракталы», говорит физик Джонатан Халлен из Кембриджского университета.

«Конфигурации вращений создавали сеть, по которой монады должны были перемещаться. Сеть представляла собой ветвящийся фрактал нужного размера».

Такое динамическое поведение объясняет, почему классические эксперименты раньше не учитывали фракталы. Шумиха, созданная вокруг монополий, в конце концов раскрыла, чем они на самом деле занимаются, и какой фрактальной модели они придерживались.

«Мы знали, что происходит что-то действительно странное», — сказал он. говорит физик Клаудио Кастельново из Кембриджского университета в Великобритании. «Результаты 30-летних экспериментов не сработали».

«После нескольких неудачных попыток объяснить результаты шума у ​​нас, наконец, случился момент озарения, когда мы поняли, что монополи должны жить во фрактальном мире, а не свободно перемещаться в трех измерениях, как всегда предполагалось».

Такого рода прорывы могут привести к постепенным изменениям в возможностях науки и в том, как можно использовать такие материалы, как спиновой лед: возможно, в спинтроникановая область исследований, которая может предложить модернизацию следующего поколения электроники, которую мы используем сегодня.

«Помимо объяснения многих загадочных экспериментальных результатов, которые долгое время бросали нам вызов, открытие механизма возникновения нового типа фракталов привело к совершенно неожиданной траектории нетрадиционного движения, происходящего в трех измерениях», говорит физик-теоретик Родерих Мосснер из Института физики сложных систем им. Макса Планка в Германии.

Исследование опубликовано в наука.