A pörgő jégkék kristályrácsai mágneses ionok tetraédereiből állnak. Alapállapotban minden tetraéder négy spinje közül kettő befelé mutat, kettő pedig kifelé mutat. Amikor létrejön egy mágneses monopólusnak nevezett gerjesztés, ez a szabály megsértődik, amikor a monopólus áthalad a kristályon. A monopólus dinamikája olyan mennyiségekben tükröződik, mint például a mágneses zaj, amelynek mérései a legegyszerűbb modell által előre jelzetttől eltérő frekvenciafüggést mutattak.
Egy új tanulmányban a tudósok a University of Cambridge, a Max Planck Intézet A Tennessee-i Egyetem és az Universidad Nacional de La Plata a Physics of Complex Systems számára egy feltörekvő dinamikus fraktált azonosított egy zavarmentes, sztöchiometrikus és háromdimenziós mágneses kristályban termodinamikai egyensúlyban. Felfedezték ezt az új fraktáltípust az úgynevezett anyagok osztályában forgó jégkákat.
Az újdonság két tényezőnek köszönhető. Először is, a fraktál viselkedést jellemzően rendellenesség váltja ki, míg a jelenségek tiszta, hibátlan háromdimenziós kristályban fordulnak elő. Másodszor, a szokatlan elvek, amelyek szabályozzák a mágnesezettség időbeli fejlődését ezekben a rendszerekben, fraktálokat eredményeznek a forgójégben. Ezek a jellemzők vezettek az „emergens dinamikus fraktál” kifejezés megalkotásához.
A sajátos topológiai szerkezete forgó jég anyagokA mágneses tulajdonságok és a kialakuló mágneses monopólus gerjesztések támogatására való képességük miatt a korábbi években kiemelkedtek. A fraktálmintázat a legtöbb hibátlan kristályban jelenik meg először. Ezt ezen mágneses monopólusok dinamikája és a kristályszerkezettel való kölcsönhatása okozza.
Technikai értelemben egy kvantummechanikai folyamat, amely a szomszédos atomok mágneses állapotától függ, támogatja azokat a dinamikai szabályokat, amelyek a monopólus mozgását irányítják a forgójégben. Az eljárást kiterjedt számítógépes szimulációkban hajtották végre, és az eredményeket szembeállították a sekély hőmérsékleten végzett nagy felbontású kísérleti megfigyelésekkel. A fraktálokat nem lehet statikus attribútumok mérésével megtalálni, mert dinamikus természetűek. Mindazonáltal jellegzetes mérhető jelet generálnak a válaszban és a változásban mágnesezés.
Jonathan N. Hallén, az első szerző és jelenlegi Ph.D. A Cavendish Laboratórium diákja azt mondta: „Valójában ezeknek a fraktáloknak a jeleit megfigyelték kísérletekben, némelyikük közel két évtizeddel ezelőttre nyúlik vissza, és a mai napig alig ismerték őket. Eredményeink általános érdeklődése és tudományos kíváncsisága mellett így több rejtélyes eredményt is megmagyarázunk, amelyek kihívást jelentenek a tudományos közösség számára.”
„Érdekes lesz látni, hogy ezeknek az anyagoknak milyen egyéb tulajdonságait lehet megjósolni vagy megmagyarázni a munkánk által biztosított új ismeretek fényében. A forgójégnek az a képessége, hogy ilyen feltűnő jelenségeket képes felmutatni, további meglepő felfedezések ígéretét rejti még az egyszerű topológiai soktestű rendszerek együttműködési dinamikájában is.
Claudio Castelnovo professzor, a kondenzált anyag fizika elmélete, Cavendish Laboratory, mondott, „Elgondolkodhatunk azon, hogy az ezekben a rendszerekben megfigyelt lassú relaxáció – amely a feltörekvő dinamikus fraktálviselkedésből adódik – felhasználható-e egy lehetséges új paradigma felvázolására az üvegesedés megjelenésére a rendellenesség nélküli rendszerekben.”
Journal Reference:
- Jonathan Hallen et al. Dinamikus fraktál és rendellenes zaj tiszta mágneses kristályban. Tudomány. DOI: 10.1126/science.add1644
