Manyetik Buzda Yeni Bir Fraktal Türü Keşfedildi : ScienceAlert

Fraktal desenler, kar tanelerinden yıldırımlara ve kıyı şeridinin pürüzlü kenarlarına kadar her yerde bulunabilir. İzlemesi güzel olan bu yapıların tekrarlayıcı doğası, fiziksel manzaranın kaosuna dair matematiksel kavrayışlara da ilham verebilir.

Bu matematiksel tuhaflıkların yeni bir örneği, spinbuz olarak bilinen bir tür manyetik maddede ortaya çıkarıldı ve bu, manyetik monopol adı verilen ilginç bir davranışın kararsız yapısından nasıl ortaya çıktığını daha iyi anlamamıza yardımcı olabilir.

Dönen buzlar, yüklerin itme ve çekmesinden ziyade elektronlarının dönüşleri tarafından yönetilen benzersiz etkileşimlerle, su buzlarına benzer yapısal kurallara uyan manyetik kristallerdir. Bu aktivitenin bir sonucu olarak, minimum aktivitenin tek bir düşük enerjili durumuna sahip değiller. Bunun yerine, inanılmaz derecede düşük sıcaklıklarda bile neredeyse gürültülü bir şekilde uğulduyorlar.

Bu kuantum vızıltısından garip bir fenomen ortaya çıkıyor – tek kutuplu mıknatıslar gibi davranan özellikler. Bazı fizikçilerin doğada var olabileceğini düşündükleri varsayımsal manyetik tek kutuplu parçacıklar olmasalar da, yeterince benzer bir şekilde davranırlar ve bu da onları incelemeye değer kılar.

Bu nedenle, uluslararası bir araştırma ekibi yakın zamanda dikkatlerini disprosyum titanat adı verilen bir spin buza çevirdi. Malzemeye küçük miktarlarda ısı uygulandığında, tipik manyetik kuralları bozulur ve kuzey ve güney kutuplarının birbirinden ayrılarak bağımsız hareket etmesiyle tek kutuplar ortaya çıkar.

Birkaç yıl önce araştırmacılardan oluşan bir ekip, bir disprosyum titanat spin ice’ın kuantum vızıltısında imza niteliğindeki manyetik tek kutuplu aktiviteyi belirledi, ancak sonuçlar, bu tek kutuplu hareketlerin tam doğası hakkında birkaç soru bıraktı.

Bu takip çalışmasında, fizikçiler tek kutupların hareket etmediğini fark ettiler. üç boyutta tam özgürlük. Bunun yerine, sabit bir kafes içinde 2,53 boyutlu bir düzlemle sınırlandırıldılar.

Bilim adamları, monopol hareketinin, koşullara ve önceki hareketlere bağlı olarak silinen ve yeniden yazılan fraktal bir modelde kısıtlandığını göstermek için atomik ölçekte karmaşık modeller oluşturdular.

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

“Dönüşlerin konfigürasyonları, tek kutupluların hareket etmesi gereken bir ağ oluşturuyordu. Ağ, tam olarak doğru boyuta sahip bir fraktal olarak dallanıyordu.”

Bu dinamik davranış, geleneksel deneylerin neden daha önce fraktalları gözden kaçırdığını açıklıyor. Sonunda gerçekte ne yaptıklarını ve izledikleri fraktal modeli ortaya çıkaran, monopollerin etrafında yaratılan gürültüydü.

“Gerçekten garip bir şeyler olduğunu biliyorduk” fizikçi Claudio Castelnovo diyor İngiltere’deki Cambridge Üniversitesi’nden. “30 yıllık deneylerin sonuçları sonuç vermedi.”

“Gürültü sonuçlarını açıklamaya yönelik birkaç başarısız girişimden sonra, nihayet bir eureka anı yaşadık ve tek kutupların her zaman varsayıldığı gibi fraktal bir dünyada yaşıyor olması ve üç boyutta serbestçe hareket etmemesi gerektiğini fark ettik.”

Bu tür atılımlar, bilimin olanaklarında ve buz gibi malzemelerin nasıl kullanılabileceği konusunda adım adım değişikliklere yol açabilir: belki de spintronikbugün kullandığımız elektronik cihazlarda yeni nesil bir yükseltme sunabilecek, gelişmekte olan bir çalışma alanı.

“Uzun süredir bizi zorlayan birkaç şaşırtıcı deneysel sonucu açıklamanın yanı sıra, yeni bir tür fraktalın ortaya çıkması için bir mekanizmanın keşfi, üç boyutta alışılmadık hareketin gerçekleşmesi için tamamen beklenmedik bir rotaya yol açtı.” teorik fizikçi Roderich Moessner diyor Almanya’daki Max Planck Karmaşık Sistemlerin Fiziği Enstitüsü’nden.

Araştırma yayınlandı Bilim.