Dönen buzlarda yeni tip fraktal ortaya çıkıyor

Dönen buzlar olarak bilinen bir mıknatıs sınıfında beklenmedik bir şekilde yeni bir fraktal türü ortaya çıktı. Temiz üç boyutlu disprosyum titanat kristallerinde gözlemlenen yeni fraktallar (Dy₂Ti₂O₇), malzemedeki manyetik monopollerin uyarılmalarından geliyor gibi görünüyor ve manyetokalorik, spintronik, bilgi depolama ve kuantum hesaplamada uygulamaları olabilir.

Fraktallar doğada her yerde bulunur ve makrodan nanoya birçok ölçekte bulunur. Günlük örnekler arasında kar taneleri, kan damarı ağları, dağ manzaraları ve kıyı şeritleri yer alır. Bir nesnenin fraktal olarak nitelendirilebilmesi için, ana modelin daha küçük versiyonları olan daha dar modellere ayrılan, giderek azalan boyutlarda tekrar eden temel bir modele sahip hiyerarşik bir geometrik yapıya sahip olması gerekir.

Tamamen yeni fraktal türü

de bir ekip University of Cambridge, Dresden'deki Max Planck Karmaşık Sistemlerin Fiziği Enstitüsü, ABD'deki Tennessee Üniversitesi ve Universidad Nacional de La Plata, Arjantin şimdi temiz üç boyutlu spin buzlarda tamamen yeni bir fraktal türü keşfetti. "Spin ices" adı, bu malzemelerdeki manyetik momentlerin (veya spinlerin) düşük sıcaklıklardaki düzensizliğinin, meyveli buzdaki proton düzensizliği ile tamamen aynı olmasından gelir. Yapısal olarak konuşursak, spinbuzlar, dört yüzlü bir modelin köşelerini işgal eden nadir toprak iyonu momentleri içerir ve yerel kısıtlamalar, bu momentlerin "buz kurallarına" uyduğu anlamına gelir: bunlardan ikisi tetrahedron'u işaret eder ve ikisi bunun dışına işaret eder.

Sıfır Kelvin'in hemen üzerindeki sıcaklıklarda, kristal spinler manyetik bir sıvı oluşturur. Küçük miktarlarda termal enerji daha sonra buz kurallarının az sayıda bölgede kırılmasına ve kuzey ve güney kutuplarının ters çevrilmiş spinleri oluşturmasına neden olur. Bu noktada, sanki bağımsız manyetik monopollermiş gibi davranırlar.

Fraktal bir dünyada yaşamak

Ekip üyesi, "Tekellerin fraktal bir dünyada yaşıyor olması gerektiğini fark ettik" diye açıklıyor. Claudio Castelnovo Cambridge Üniversitesi'nden "ve her zaman varsayıldığı gibi üç boyutta serbestçe hareket etmemek." Daha kesin olmak gerekirse, spinlerin konfigürasyonlarının bir fraktal olarak dallanan dinamik bir ağ oluşturduğunu ve monopollerin bunun üzerinde hareket ettiğini ekliyor (şekle bakın).

Bu davranışı açıklamak için araştırmacılar, manyetik dönüşlerin kuantum tünellemesi sayesinde tek kutupların nasıl sıçradığını açıklayan matematiksel bir modele başvurdular. Bir monopolün bunu yapabileceği çok farklı iki zaman ölçeği olduğunu buldular. Çalışmanın baş yazarı, "Belirli bir dönüş tüneli olayının hangi zaman ölçeklerinde gerçekleştiği, komşu dönüşlerin yapılandırmasına bağlıdır" diyor. Jonathan Nilsson Hallén. "İki farklı tünel açma zaman ölçeğinden uzun olanın kısa olandan çok daha büyük olduğu ortaya çıktı. Bu nedenle, daha uzun zaman ölçeklerinde meydana gelen tek kutuplu atlamalar göz ardı edilebilir."

Kümeler fraktallar oluşturur

Araştırmacılar bunu hesaba kattığında ve bir monopol için mevcut olan tipik kalan sekme sayısını hesapladığında, sistemin, her bir bölgede bir monopol için mevcut olan ortalama hareket sayısının fraktal kümeler oluşturan kritik bir noktaya yakın oturduğunu buldular. . Simülasyonlarında, her bir monopolün ulaşabileceği bölgelerin haritasını çıkardılar ve bu kümelerin gerçekten de tahmin ettikleri fraktalları oluşturduğunu gösterdiler.

Hallén, spin buzlardaki monopolleri bu şekilde incelemenin birçok uygulama için önemli olabileceğini söylüyor. "Dönen buzlar, topolojik mıknatısların en erişilebilir örneklerinden biridir ve dönen buzlardaki manyetik monopoller, fraksiyonlara ayrılmış uyarımların en iyi anlaşılan örneklerinden biridir" diyor. Fizik dünyası. "Topolojik malzemeler, yoğun madde fiziğinin en yoğun araştırılan alanlarından biri olmaya devam ediyor ve bu malzemelerin sergilediği heyecan verici fenomenlerin, manyetokalorik, spintronik, bilgi depolama ve kuantum hesaplama gibi uygulamalar için faydalı olacağını umuyoruz."

Yapay spin buzda manyetik tek kutuplar ortaya çıkıyor

Hallén, dönen buzlardaki alışılmadık dinamik davranışa dair kanıtların yirmi yılı aşkın bir süredir biriktiğini belirtiyor. Artan bu kanıtlar göz önüne alındığında, dönen buzdaki dinamik fraktalları keşfetmek için geçen sürenin uzunluğunun, manyetik tek kutuplar gibi fraksiyonlara ayrılmış yüklerin geleneksel yükleri anladığımız seviyedeki davranışını anlamaktan çok uzakta olduğumuzu açıkça gösterdiğini öne sürüyor. bir metaldeki elektronlar gibi. "İpliklerin bu tür çarpıcı fenomenleri sergileme kapasitesi, basit topolojik çok-cisimli sistemlerin bile işbirlikçi dinamiklerinde daha fazla şaşırtıcı keşifler için bizi umutlandırıyor" diyor.

Araştırmacılar şimdi, spin buzların diğer özelliklerinin dinamik fraktallardan nasıl etkilenebileceğini araştırıyorlar. Hallén, "Özellikle, bu davranışa ilişkin daha fazla kanıt bulmak için deney gruplarıyla çalışmayı umuyoruz" diyor. "Benzer dinamik kısıtlamaların ortaya çıkabileceği diğer sistemleri de aktif olarak araştırıyoruz ve bunların yol açabilecekleri etki yelpazesini daha geniş bir şekilde araştırmayı planlıyoruz."

Şu anki çalışmalarını detaylandırıyorlar. Bilim.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• Plato blok zinciri. Web3 Metaverse Zekası. Bilgi Güçlendirildi. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/new-type-of-fractal-emerges-in-spin-ices/