Jenis fraktal baru telah ditemukan di es magnetik: ScienceAlert

Pola fraktal dapat ditemukan di mana-mana mulai dari kepingan salju hingga kepingan salju Petir ke tepi garis pantai yang bergerigi. Indah untuk dilihat, sifatnya yang berulang juga dapat menginspirasi wawasan matematis ke dalam kekacauan lanskap.

Sebuah contoh baru dari anomali matematis ini telah terungkap dalam jenis bahan magnetik yang dikenal sebagai spin ice, dan ini dapat membantu kita lebih memahami bagaimana perilaku aneh yang disebut monopole magnetik muncul dari strukturnya yang tidak stabil.

Es berputar adalah kristal magnetik yang tunduk pada aturan struktural yang mirip dengan es air, dengan interaksi unik yang diatur oleh putaran elektronnya, bukan dorongan dan tarikan muatan. Sebagai hasil dari aktivitas ini, mereka tidak memiliki aktivitas minimal energi rendah. Sebaliknya, mereka hampir mengeluarkan suara, bahkan pada suhu yang sangat rendah.

Fenomena aneh muncul dari resonansi kuantum ini – sifat yang bertindak seperti magnet dengan hanya satu kutub. Meskipun mereka tidak sepenuhnya virtual partikel monopolar magnetik Beberapa fisikawan berpikir mereka mungkin ada di alam, mereka berperilaku cukup mirip sehingga layak untuk dipelajari.

Jadi tim peneliti internasional baru-baru ini mengalihkan perhatian mereka ke es berputar yang disebut dysprosium titanate. Ketika sejumlah kecil panas diterapkan pada material, basis magnet tipikalnya pecah dan muncul monopole, dengan kutub utara dan selatan terpisah dan beroperasi secara independen.

beberapa tahun lalu Sebuah tim peneliti telah mengidentifikasi aktivitas magnetik unipolar yang berbeda dalam resonansi kuantum es berputar dari titanat dysprosium, tetapi hasilnya meninggalkan beberapa pertanyaan tentang sifat sebenarnya dari gerakan unipolar ini.

Dalam studi lanjutan ini, fisikawan menyadari bahwa monopole tidak bergerak bersama mereka Kebebasan total dalam tiga dimensi. Sebaliknya, mereka terbatas pada tingkat dimensi 2,53 dalam kisi tetap.

Para ilmuwan menciptakan model kompleks pada tingkat atom untuk menunjukkan bahwa gerakan unipolar dibatasi oleh pola fraktal yang dihapus dan ditulis ulang tergantung pada kondisi dan gerakan sebelumnya.

“Ketika kami memasukkan ini ke dalam model kami, fraktal segera muncul,” kata fisikawan Jonathan Hallen dari Universitas Cambridge.

“Konfigurasi putaran menciptakan jaringan yang harus dinavigasi oleh monad. Jaringan itu adalah fraktal bercabang dengan dimensi yang tepat.”

Perilaku dinamis ini menjelaskan mengapa fraktal sebelumnya diabaikan oleh eksperimen klasik. Hype yang tercipta di sekitar monopole itulah yang akhirnya mengungkapkan apa yang sebenarnya mereka lakukan dan pola fraktal yang mereka ikuti.

“Kami tahu sesuatu yang sangat aneh sedang terjadi,” katanya. kata fisikawan Claudio Castelnovo dari University of Cambridge di Inggris. “Hasil dari eksperimen selama 30 tahun tidak berhasil.”

“Setelah beberapa kali gagal menjelaskan hasil kebisingan, kami akhirnya mendapatkan momen eureka, menyadari bahwa monopole harus hidup di dunia fraktal dan tidak bergerak bebas dalam tiga dimensi, seperti yang selalu diasumsikan.”

Terobosan semacam ini dapat menyebabkan perubahan bertahap dalam kemungkinan sains dan bagaimana bahan seperti spin ice dapat digunakan: mungkin dalam spintronicsbidang studi yang muncul yang dapat menawarkan peningkatan generasi berikutnya pada elektronik yang kita gunakan saat ini.

“Selain menjelaskan banyak hasil eksperimen yang membingungkan yang telah menantang kita begitu lama, penemuan mekanisme munculnya jenis fraktal baru telah menyebabkan lintasan gerak tidak konvensional yang benar-benar tak terduga yang terjadi dalam tiga dimensi,” kata fisikawan teoretis Roderich Mossner dari Institut Max Planck untuk Fisika Sistem Kompleks di Jerman.

Riset dipublikasikan di Ilmu.