Lody wirowe mają sieci krystaliczne składające się z czworościanów jonów magnetycznych. W stanie podstawowym dwa z czterech spinów każdego czworościanu są skierowane do środka, a dwa skierowane na zewnątrz. Kiedy powstaje wzbudzenie zwane monopolem magnetycznym, zasada ta zostaje naruszona, gdy monopol przemieszcza się przez kryształ. Dynamika monopolu znajduje odzwierciedlenie w wielkościach takich jak szum magnetyczny, którego pomiary wykazały inną zależność częstotliwościową od tej, którą przewiduje najprostszy model.
W nowym badaniu naukowcy z University of CambridgeThe Instytut Maxa Plancka dla Fizyki Układów Złożonych Uniwersytet Tennessee i Universidad Nacional de La Plata zidentyfikowały wyłaniający się dynamiczny fraktal w pozbawionym zaburzeń, stechiometrycznym i trójwymiarowym krysztale magnetycznym w równowadze termodynamicznej. Odkryli ten nowy typ fraktali w klasie materiałów zwanych kręcić lody.
Nowość wynika z dwóch czynników. Po pierwsze, zachowanie fraktalne jest zwykle wywołane zaburzeniem, podczas gdy zjawiska te zachodzą w przejrzystym, nieskazitelnym trójwymiarowym krysztale. Po drugie, niezwykłe zasady rządzące czasową ewolucją namagnesowania w tych układach powodują powstawanie fraktali w wirującym lodzie. Te cechy doprowadziły do ukucia terminu „emergentny fraktal dynamiczny”.
Specyficzna struktura topologiczna wirować materiały lodowe' Właściwości magnetyczne i ich zdolność do podtrzymywania pojawiających się wzbudzeń monopoli magnetycznych wyróżniły je na tle poprzednich lat. W większości doskonałych kryształów, bez zakłóceń, po raz pierwszy pojawia się wzór fraktalny. Jest to spowodowane dynamiką tych monopoli magnetycznych i ich interakcją ze strukturą kryształu.
Mówiąc bardziej technicznie, proces mechaniki kwantowej zależny od stanu magnetycznego sąsiadujących atomów wspiera dynamiczne reguły rządzące ruchem monopolowym w wirującym lodzie. Procedurę wdrożono w ramach szeroko zakrojonych symulacji komputerowych, a wyniki porównano z obserwacjami eksperymentalnymi o wysokiej rozdzielczości przeprowadzonymi w płytkich temperaturach. Fraktali nie można znaleźć poprzez pomiary atrybutów statycznych, ponieważ mają one charakter dynamiczny. Generują jednak charakterystyczny, mierzalny sygnał w odpowiedzi i zmianach namagnesowanie.
Jonathan N. Hallén, pierwszy autor i obecny doktor. student Cavendish Laboratory, powiedział: „Istotnie, w eksperymentach zaobserwowano sygnatury tych fraktali, niektóre datowane na prawie dwie dekady temu, ale do tej pory były one słabo poznane. Oprócz ogólnego zainteresowania i naukowej ciekawości naszych odkryć, wyjaśniamy w ten sposób także kilka zagadkowych wyników, które stanowią wyzwanie dla społeczności naukowej”.
„Ciekawie będzie zobaczyć, jakie inne właściwości tych materiałów można przewidzieć lub wyjaśnić w świetle nowego zrozumienia, jakie zapewnia nasza praca. Zdolność lodu wirującego do wykazywania tak uderzających zjawisk niesie ze sobą obietnicę dalszych zaskakujących odkryć w zakresie dynamiki kooperacyjnej nawet prostych topologicznych układów wielu ciał”.
Profesor Claudio Castelnovo, Teoria Fizyki Materii Skondensowanej, Laboratorium Cavendish, powiedziany, „Można się zastanawiać, czy powolna relaksacja obserwowana w tych układach – wynikająca z wyłaniającego się dynamicznego zachowania fraktalnego – może zostać wykorzystana do zaproponowania nowego paradygmatu pojawiania się szklistości w układach bez tego zaburzenia”.
Referencje czasopisma:
- Jonathan Hallen i in. Dynamiczny fraktal i anomalny szum w czystym krysztale magnetycznym. nauka, DOI: 10.1126/science.add1644
