Spin ice memiliki kisi kristal yang terdiri dari tetrahedra ion magnetik. Dalam keadaan dasar, dua dari empat putaran pada setiap tetrahedron mengarah ke dalam dan dua lagi mengarah ke luar. Ketika eksitasi yang disebut monopole magnet tercipta, aturan ini dilanggar saat monopole bergerak melalui kristal. Dinamika monopole tercermin dalam besaran seperti derau magnetik, yang pengukurannya menunjukkan ketergantungan frekuensi yang berbeda dari yang diprediksi oleh model paling sederhana.
Dalam sebuah studi baru, para ilmuwan di University of Cambridge, yang Max Planck Institute untuk Fisika Sistem Kompleks, Universitas Tennessee, dan Universidad Nacional de La Plata mengidentifikasi fraktal dinamis yang muncul dalam kristal magnetik tiga dimensi yang bebas gangguan, stoikiometri, dan tiga dimensi dalam kesetimbangan termodinamika. Mereka menemukan jenis fraktal baru ini dalam kelas material yang disebut memutar es.
Kebaruan ini disebabkan oleh dua faktor. Pertama, perilaku fraktal biasanya disebabkan oleh ketidakteraturan, sedangkan fenomena terjadi dalam kristal tiga dimensi yang jernih dan tanpa cacat. Kedua, prinsip-prinsip tidak biasa yang mengatur evolusi temporal magnetisasi dalam sistem ini menimbulkan fraktal di spin ice. Karakteristik ini menyebabkan munculnya istilah “fraktal dinamis yang muncul”.
Struktur topologi yang aneh dari memutar bahan es' Sifat magnetik dan kapasitasnya untuk mendukung munculnya eksitasi monopole magnetik telah menjadikannya menonjol di tahun-tahun sebelumnya. Pola fraktal muncul pada sebagian besar kristal sempurna tanpa gangguan untuk pertama kalinya. Hal ini disebabkan oleh dinamika monopole magnet tersebut dan interaksinya dengan struktur kristal.
Dalam istilah yang lebih teknis, proses mekanika kuantum yang bergantung pada keadaan magnetis atom yang berdekatan mendukung aturan dinamis yang memandu gerakan monopole dalam spin ice. Prosedur ini diterapkan dalam simulasi komputer ekstensif, dan hasilnya dibandingkan dengan observasi eksperimental resolusi tinggi yang dilakukan pada suhu dangkal. Fraktal tidak dapat ditemukan melalui pengukuran atribut statis karena bersifat dinamis. Namun, mereka menghasilkan sinyal terukur yang khas dalam respons dan variasinya magnetisasi.
Jonathan N. Hallén, penulis pertama dan Ph.D. mahasiswa di Laboratorium Cavendish, berkata, “Memang benar, tanda-tanda fraktal ini telah diamati dalam eksperimen, beberapa di antaranya dilakukan hampir dua dekade lalu, dan hingga saat ini masih kurang dipahami. Selain ketertarikan umum dan keingintahuan ilmiah atas temuan kami, kami juga menjelaskan beberapa hasil membingungkan yang menantang komunitas ilmiah.”
“Akan menarik untuk melihat sifat lain apa dari bahan-bahan ini yang dapat diprediksi atau dijelaskan berdasarkan pemahaman baru yang diperoleh dari penelitian kami. Kapasitas spin ice untuk menunjukkan fenomena yang menakjubkan seperti itu menjanjikan penemuan lebih lanjut yang mengejutkan dalam dinamika kooperatif bahkan dari sistem banyak benda topologi yang sederhana.”
Profesor Claudio Castelnovo, Teori Fisika Benda Terkondensasi, Laboratorium Cavendish, tersebut, “Orang mungkin bertanya-tanya apakah relaksasi lambat yang diamati dalam sistem ini – yang timbul dari munculnya perilaku fraktal dinamis – dapat digunakan untuk mengajukan kemungkinan paradigma baru munculnya kaca dalam sistem tanpa gangguan tersebut.”
Referensi Jurnal:
- Jonathan Hallen dkk. Kebisingan fraktal dinamis dan anomali dalam kristal magnetik bersih. Ilmu. DOI: 10.1126/science.add1644
