Fraktálne vzory možno nájsť všade od snehových vločiek po snehové vločky Blesk na rozoklané okraje pobrežia. Krásne na pohľad, ich opakujúca sa povaha môže tiež inšpirovať matematické pohľady na chaos krajiny.

Nový príklad tejto matematickej anomálie bol odhalený 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.

Spiny sú magnetické kryštály, ktoré sa riadia podobnými štrukturálnymi pravidlami ako vodný ľad, pričom jedinečné interakcie sa riadia skôr rotáciou ich elektrónov než tlačením a ťahaním nábojov. V dôsledku tejto činnosti nemajú ani jeden nízkoenergetický stav minimálnej aktivity. Namiesto toho takmer vydávajú hluk, dokonca aj pri extrémne nízkych teplotách.

Z tejto kvantovej rezonancie vzniká zvláštny jav – vlastnosti, ktoré pôsobia ako magnety len s jedným pólom. Aj keď nie sú úplne virtuálne magnetické monopolárne častice Niektorí fyzici si myslia, že môže existovať v prírode a správať sa dostatočne podobne, aby sa oplatilo študovať.

Medzinárodný tím výskumníkov preto nedávno obrátil svoju pozornosť na rotujúci ľad nazývaný dysprosium titanát. Keď sa na materiál aplikuje malé množstvo tepla, jeho typické magnetické základne sa rozbijú a objavia sa monopóly, pričom severný a južný pól sú oddelené a fungujú nezávisle.

pred niekoľkými rokmi Tím výskumníkov identifikoval zreteľnú unipolárnu magnetickú aktivitu v kvantovej rezonancii rotujúceho ľadu dysprosium titanátu, ale výsledky zanechávajú určité otázky o presnej povahe týchto unipolárnych pohybov.

V tejto následnej štúdii si fyzici uvedomili, že monopoly s nimi nepohybujú Úplná sloboda v troch rozmeroch. Namiesto toho boli obmedzené na úroveň dimenzie 2,53 v rámci pevnej mriežky.

Vedci vytvorili zložité modely na atómovej úrovni, aby ukázali, že unipolárny pohyb bol obmedzený fraktálnym vzorom, ktorý bol vymazaný a prepísaný v závislosti od predchádzajúcich podmienok a pohybov.

„Keď sme to vložili do našich modelov, fraktály sa okamžite objavili,“ hovorí fyzik Jonathan Hallen z University of Cambridge.

„Konfigurácie spinov vytvárali sieť, v ktorej sa museli monády pohybovať. Sieť bola rozvetveným fraktálom tej správnej dimenzie.“

Toto dynamické správanie vysvetľuje, prečo boli fraktály predtým prehliadané klasickými experimentmi. Bol to humbuk vytvorený okolo monopolov, ktorý nakoniec odhalil, čo skutočne robili, a fraktálny vzorec, ktorý nasledovali.

„Vedeli sme, že sa deje niečo naozaj zvláštne,“ povedal. hovorí fyzik Claudio Castelnovo z University of Cambridge v Spojenom kráľovstve. „Výsledky 30 rokov experimentovania nefungovali.“

„Po niekoľkých neúspešných pokusoch vysvetliť výsledky hluku sme si konečne uvedomili, že monopoly musia žiť vo fraktálnom svete a nie sa voľne pohybovať v troch rozmeroch, ako sa vždy predpokladalo.“

Tieto druhy objavov by mohli viesť k postupným zmenám v možnostiach vedy a v tom, ako možno použiť materiály ako ľad: možno v spintronikavznikajúci študijný odbor, ktorý by mohol ponúknuť modernizáciu elektroniky, ktorú dnes používame, novej generácie.

„Okrem vysvetlenia mnohých záhadných experimentálnych výsledkov, ktoré nás dlho znepokojovali, objav mechanizmu pre vznik nového typu fraktálov viedol k úplne neočakávanej trajektórii nekonvenčného pohybu prebiehajúceho v troch dimenziách,“ hovorí teoretický fyzik Roderich Mossner z Inštitútu Maxa Plancka pre fyziku komplexných systémov v Nemecku.

Výskum publikovaný v r veda.