स्पिन आइस में नए प्रकार के भग्न निकलते हैं

चुम्बकों के एक वर्ग में अप्रत्याशित रूप से एक नए प्रकार का फ्रैक्टल प्रकट हुआ है जिसे स्पिन आइस के रूप में जाना जाता है। नए भग्न, जो डिस्प्रोसियम टाइटेनेट के स्वच्छ त्रि-आयामी क्रिस्टल में देखे गए (Dy₂Ti₂O₇), सामग्री में चुंबकीय मोनोपोल के उत्तेजना से आते हैं, और मैग्नेटोकैलोरिक्स, स्पिंट्रोनिक्स, सूचना भंडारण और क्वांटम कंप्यूटिंग में अनुप्रयोग हो सकते हैं।

फ्रैक्टल्स प्रकृति में सर्वव्यापी हैं और मैक्रो से नैनो तक कई पैमानों पर मौजूद हैं। हर दिन के उदाहरणों में बर्फ के टुकड़े, रक्त वाहिकाओं के नेटवर्क, पर्वतीय परिदृश्य और समुद्र तट शामिल हैं। एक फ्रैक्टल के रूप में अर्हता प्राप्त करने के लिए, एक वस्तु में एक बुनियादी पैटर्न के साथ एक पदानुक्रमित ज्यामितीय संरचना होनी चाहिए जो कभी-कभी घटते आकार में दोहराती है, संकीर्ण पैटर्न में बंद हो जाती है जो मुख्य के छोटे संस्करण हैं।

पूरी तरह से नए प्रकार का फ्रैक्टल

पर एक टीम यूनिवर्सिटी ऑफ कैंब्रिज, ड्रेसडेन में मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर द फिजिक्स ऑफ कॉम्प्लेक्स सिस्टम्स, अमेरिका में टेनेसी विश्वविद्यालय और Universidad Nacional de La Plata, अर्जेंटीना अब स्वच्छ त्रि-आयामी स्पिन आयनों में एक पूरी तरह से नए प्रकार के फ्रैक्टल की खोज की है। "स्पिन आईस" नाम इस तथ्य से आता है कि इन सामग्रियों में, कम तापमान पर चुंबकीय क्षणों (या स्पिन) का विकार पानी के बर्फ में प्रोटॉन विकार के समान ही होता है। संरचनात्मक रूप से बोलते हुए, स्पिन आयनों में दुर्लभ-पृथ्वी आयन क्षण होते हैं जो टेट्राहेड्रल पैटर्न के कोनों पर कब्जा कर लेते हैं, और स्थानीय बाधाओं का मतलब है कि ये क्षण "बर्फ नियमों" का पालन करते हैं: दो वे टेट्राहेड्रॉन में इंगित करते हैं और दो इससे बाहर निकलते हैं।

शून्य केल्विन से ठीक ऊपर के तापमान पर, क्रिस्टल स्पिन एक चुंबकीय द्रव बनाता है। तापीय ऊर्जा की थोड़ी मात्रा तब बर्फ के नियमों को कम संख्या में साइटों पर तोड़ने का कारण बनती है, और उत्तरी और दक्षिणी ध्रुव फ़्लिप स्पिन को एक दूसरे से अलग करते हैं। इस बिंदु पर, वे ऐसा व्यवहार करते हैं मानो वे स्वतंत्र चुंबकीय एकध्रुव हों।

एक भग्न दुनिया में रहना

टीम के सदस्य बताते हैं, "हमने महसूस किया कि मोनोपोल एक फ्रैक्टल दुनिया में रह रहे होंगे।" क्लाउडियो कैस्टेलनोवो कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय से, "और तीन आयामों में स्वतंत्र रूप से नहीं चल रहा था जैसा कि हमेशा माना जाता था।" अधिक सटीक होने के लिए, वह कहते हैं, स्पिन के विन्यास ने एक गतिशील नेटवर्क बनाया जो फ्रैक्टल के रूप में बंटा हुआ था, और मोनोपोल इसके साथ चले गए (आंकड़ा देखें)।

इस व्यवहार की व्याख्या करने के लिए, शोधकर्ताओं ने एक गणितीय मॉडल का उल्लेख किया जो बताता है कि कैसे मोनोपोल हॉप चुंबकीय स्पिन की क्वांटम टनलिंग के लिए धन्यवाद। उन्होंने पाया कि दो अलग-अलग टाइमस्केल हैं जिन पर एक मोनोपोल ऐसा कर सकता है। अध्ययन के प्रमुख लेखक कहते हैं, "एक विशिष्ट स्पिन टनलिंग घटना किस समय होती है, यह पड़ोसी स्पिन के विन्यास पर निर्भर करता है।" जोनाथन निल्सन हालेन. "यह स्पष्ट हो गया कि दो अलग-अलग टनलिंग टाइमस्केल्स में से एक छोटा समय की तुलना में बहुत बड़ा है। मोनोपोल हॉप्स लंबे समय के अंतराल पर हो रहे हैं इसलिए इसे नजरअंदाज किया जा सकता है।

गुच्छे भग्न बनाते हैं

जब शोधकर्ताओं ने इसका हिसाब लगाया और एक मोनोपोल के लिए उपलब्ध शेष हॉप्स की विशिष्ट संख्या की गणना की, तो उन्होंने पाया कि सिस्टम एक महत्वपूर्ण बिंदु के पास बैठता है, जिस पर प्रत्येक साइट पर एक मोनोपोल के लिए उपलब्ध चालों की औसत संख्या फ्रैक्टल क्लस्टर उत्पन्न करती है। . अपने सिमुलेशन में, उन्होंने उन साइटों को मैप किया जहां प्रत्येक मोनोपोल पहुंच सकता है और दिखाया कि ये क्लस्टर वास्तव में उनके द्वारा भविष्यवाणी किए गए फ्रैक्टल बनाते हैं।

हॉलन कहते हैं, इस तरह से स्पिन आयनों में मोनोपोल का अध्ययन करना कई अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण हो सकता है। "स्पिन आइस टोपोलॉजिकल मैग्नेट के सबसे सुलभ उदाहरणों में से एक हैं और स्पिन आइस में चुंबकीय मोनोपोल भिन्नात्मक उत्तेजनाओं के सबसे अच्छे उदाहरणों में से एक हैं," वे बताते हैं भौतिकी की दुनिया. "स्थलीय सामग्री संघनित पदार्थ भौतिकी के सबसे गहन शोध वाले क्षेत्रों में से एक है, और उम्मीद है कि इन सामग्रियों को प्रदर्शित करने वाली रोमांचक घटनाएं मैग्नेटोकलोरिकिक्स, स्पिंट्रोनिक्स, सूचना भंडारण और क्वांटम कंप्यूटिंग जैसे अनुप्रयोगों के लिए उपयोगी साबित होंगी।"

कृत्रिम स्पिन बर्फ में चुंबकीय मोनोपोल दिखाई देते हैं

हॉलेन ने नोट किया कि स्पिन आईस में असामान्य गतिशील व्यवहार का प्रमाण दो दशकों से अधिक समय से जमा हो रहा है। साक्ष्य के इस बढ़ते शरीर को देखते हुए, उनका सुझाव है कि स्पिन बर्फ में गतिशील भग्न की खोज में लगने वाले समय से यह स्पष्ट रूप से प्रदर्शित होता है कि हम चुंबकीय मोनोपोल जैसे भिन्नात्मक आवेशों के व्यवहार को उसी स्तर पर समझने से बहुत दूर हैं, जिस स्तर पर हम पारंपरिक आवेशों को समझते हैं। जैसे धातु में इलेक्ट्रॉन। "इस तरह की हड़ताली घटनाओं को प्रदर्शित करने के लिए स्पिन आईस की क्षमता हमें सरल टोपोलॉजिकल कई-निकाय प्रणालियों की सहकारी गतिशीलता में और आश्चर्यजनक खोजों की उम्मीद करती है," वे कहते हैं।

शोधकर्ता अब इस बात की जांच कर रहे हैं कि डायनेमिक फ्रैक्टल्स से स्पिन आइस के अन्य गुण कैसे प्रभावित हो सकते हैं। "विशेष रूप से, हम इस व्यवहार के और सबूत खोजने के लिए प्रायोगिक समूहों के साथ काम करने की उम्मीद करते हैं," हॉलन कहते हैं। "हम सक्रिय रूप से अन्य प्रणालियों की खोज कर रहे हैं जिनमें समान गतिशील बाधाएं दिखाई दे सकती हैं, और हम उन प्रभावों की व्यापक रूप से जांच करने की योजना बना रहे हैं जो वे उत्पन्न कर सकते हैं।"

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• स्रोत: https://physicsworld.com/a/new-type-of-fractal-emerges-in-spin-ices/