Spin-jääissä on kidehilat, jotka koostuvat magneetti-ionien tetraedreistä. Perustilassa kaksi kunkin tetraedrin neljästä spinistä osoittaa sisään ja kaksi osoittaa ulos. Kun heräte, jota kutsutaan magneettiseksi monopoliksi, luodaan, tätä sääntöä rikotaan monopolin liikkuessa kiteen läpi. Monopolidynamiikka heijastuu suureina, kuten magneettikohina, jonka mittaukset ovat osoittaneet erilaista taajuusriippuvuutta kuin mitä yksinkertaisin malli ennustaa.
Uudessa tutkimuksessa tutkijat University of Cambridge, The Max Planck -instituutti Monimutkaisten järjestelmien fysiikan osalta Tennesseen yliopisto ja Universidad Nacional de La Plata tunnistivat esiin nousevan dynaamisen fraktaalin häiriöttömässä, stoikiometrisessä ja kolmiulotteisessa magneettisessa kiteessä termodynaamisessa tasapainossa. He paljastivat tämän uuden fraktaalityypin materiaaliluokassa nimeltä pyöritä jäätelöä.
Uutuus johtuu kahdesta tekijästä. Ensinnäkin fraktaalikäyttäytyminen on tyypillisesti häiriön aiheuttama, kun taas ilmiöt tapahtuvat kirkkaassa, virheettömässä kolmiulotteisessa kiteessä. Toiseksi epätavalliset periaatteet, jotka säätelevät magnetisaation ajallista kehitystä näissä järjestelmissä, saavat aikaan fraktaaleja spinjäässä. Nämä ominaisuudet johtivat termin "nouseva dynaaminen fraktaali" luomiseen.
Omalaatuinen topologinen rakenne pyörivät jäämateriaalitMagneettiset ominaisuudet ja niiden kyky tukea uusia magneettisia monopoliviritteitä ovat tehneet niistä erottuvan aiempina vuosina. Fraktaalikuvio ilmestyy useimmissa täydellisessä kideessä ilman häiriötä ensimmäistä kertaa. Tämä johtuu näiden magneettisten monopolien dynamiikasta ja niiden vuorovaikutuksesta kiderakenteen kanssa.
Teknisemmin sanottuna kvanttimekaaninen prosessi, joka riippuu viereisten atomien magneettisesta tilasta, tukee dynaamisia sääntöjä, jotka ohjaavat monopoliliikettä spinjäässä. Menettely toteutettiin laajoilla tietokonesimulaatioilla, ja tuloksia verrattiin korkearesoluutioisiin kokeellisiin havaintoihin, jotka tehtiin matalissa lämpötiloissa. Fraktaaleja ei voida löytää mittaamalla staattisia ominaisuuksia, koska ne ovat luonteeltaan dynaamisia. Ne tuottavat kuitenkin erottuvan mitattavissa olevan signaalin vasteessa ja vaihteluissa magnetointi.
Jonathan N. Hallén, ensimmäinen kirjailija ja nykyinen Ph.D. Cavendishin laboratorion opiskelija sanoi: "Näiden fraktaalien allekirjoituksia oli todellakin havaittu kokeissa, joista osa on peräisin lähes kahden vuosikymmenen takaa, ja ne olivat jääneet huonosti ymmärretyiksi tähän mennessä. Löytöjemme yleisen mielenkiinnon ja tieteellisen uteliaisuuden lisäksi selitämme siis myös useita hämmentäviä tuloksia, jotka ovat haastaneet tiedeyhteisön."
”On mielenkiintoista nähdä, mitä muita näiden materiaalien ominaisuuksia voidaan ennustaa tai selittää työmme tuoman uuden ymmärryksen valossa. Pyörivän jään kyky osoittaa tällaisia silmiinpistäviä ilmiöitä lupaa uusia yllättäviä löytöjä jopa yksinkertaisten topologisten monikappalejärjestelmien yhteistoiminnallisessa dynamiikassa.
Professori Claudio Castelnovo, Kondensoituneen aineen fysiikan teoria, Cavendish Laboratory, sanoi, "Voidaan ihmetellä, voidaanko näissä järjestelmissä havaittua hidasta rentoutumista - joka johtuu ilmaantuvasta dynaamisesta fraktaalikäyttäytymisestä - käyttää mahdollisen uuden paradigman esittämiseen lasillisuuden ilmaantumiselle järjestelmissä, joissa ei ole häiriötä."
Lehden viite:
- Jonathan Hallen et ai. Dynaaminen fraktaali ja epänormaali kohina puhtaassa magneettisessa kiteessä. tiede. DOI: 10.1126/science.add1644
