Les glaces de spin ont des réseaux cristallins constitués de tétraèdres d'ions magnétiques. Dans un état fondamental, deux des quatre spins de chaque tétraèdre pointent vers l'intérieur et deux vers l'extérieur. Lorsqu’une excitation appelée monopôle magnétique est créée, cette règle est violée lorsque le monopôle se déplace à travers le cristal. La dynamique monopôle se reflète dans des quantités telles que le bruit magnétique, dont les mesures ont montré une dépendance en fréquence différente de celle prédite par le modèle le plus simple.
Dans une nouvelle étude, des scientifiques du l'Université de Cambridge, Max Planck Institute pour la physique des systèmes complexes, l'Université du Tennessee et l'Université nationale de La Plata ont identifié une fractale dynamique émergente dans un cristal magnétique stœchiométrique et tridimensionnel sans désordre en équilibre thermodynamique. Ils ont découvert ce nouveau type fractal dans une classe de matériaux appelés faire tourner les glaces.
La nouveauté est due à deux facteurs. Premièrement, le comportement fractal est généralement induit par le désordre, alors que les phénomènes se produisent dans un cristal tridimensionnel clair et impeccable. Deuxièmement, les principes inhabituels qui régissent l’évolution temporelle de l’aimantation dans ces systèmes donnent naissance à des fractales dans la glace de spin. Ces caractéristiques ont conduit à l’invention du terme « fractale dynamique émergente ».
La structure topologique particulière de matériaux de glace tournanteLes propriétés magnétiques et leur capacité à supporter les excitations émergentes des monopôles magnétiques les ont distingués au cours des années précédentes. Un motif fractal apparaît pour la première fois dans la plupart des cristaux parfaits et sans désordre. Ceci est dû à la dynamique de ces monopôles magnétiques et à leur interaction avec la structure cristalline.
En termes plus techniques, un processus de mécanique quantique qui dépend de l’état magnétique des atomes adjacents soutient les règles dynamiques guidant le mouvement du monopôle dans la glace de spin. La procédure a été mise en œuvre dans le cadre de simulations informatiques approfondies et les résultats ont été comparés à des observations expérimentales à haute résolution réalisées à faible température. Les fractales ne peuvent pas être trouvées grâce à des mesures d'attributs statiques car elles sont de nature dynamique. Cependant, ils génèrent un signal mesurable distinctif dans la réponse et les variations du magnétisation.
Jonathan N. Hallén, le premier auteur et actuel doctorant. étudiant au laboratoire Cavendish, a déclaré: « En effet, les signatures de ces fractales avaient été observées lors d’expériences, certaines remontant à près de deux décennies, et elles étaient restées mal comprises jusqu’à présent. Outre l’intérêt général et la curiosité scientifique de nos découvertes, nous expliquons ainsi également plusieurs résultats déroutants qui ont interpellé la communauté scientifique.
« Il sera intéressant de voir quelles autres propriétés de ces matériaux peuvent être prédites ou expliquées à la lumière des nouvelles connaissances apportées par nos travaux. La capacité de la glace de spin à présenter des phénomènes aussi frappants laisse entrevoir de nouvelles découvertes surprenantes dans la dynamique coopérative de systèmes topologiques à N corps, même simples.
Professeur Claudio Castelnovo, Théorie de la physique de la matière condensée, Laboratoire Cavendish, a affirmé Valérie Plante., "On peut se demander si la lente relaxation observée dans ces systèmes - résultant du comportement fractal dynamique émergent - peut être utilisée pour proposer un nouveau paradigme possible pour l'apparition de la vitrerie dans les systèmes sans désordre."
Journal de référence:
- Jonathan Hallen et coll. Fractale dynamique et bruit anormal dans un cristal magnétique propre. Sciences. EST CE QUE JE: 10.1126/science.add1644
