Các băng spin có mạng tinh thể gồm các tứ diện chứa các ion từ. Ở trạng thái cơ bản, hai trong số bốn spin trên mỗi tứ diện hướng vào và hai spin hướng ra ngoài. Khi một kích thích gọi là đơn cực từ được tạo ra, quy luật này bị vi phạm khi đơn cực từ di chuyển trong tinh thể. Động lực học đơn cực được phản ánh qua các đại lượng như nhiễu từ, các phép đo của chúng cho thấy sự phụ thuộc tần số khác với tần số mà mô hình đơn giản nhất dự đoán.
Trong một nghiên cứu mới, các nhà khoa học tại Đại học Cambridge, Các Viện Max Planck về Vật lý của các hệ phức hợp, Đại học Tennessee và Đại học Nacional de La Plata đã xác định một fractal động học mới xuất hiện trong một tinh thể từ tính ba chiều, cân bằng hóa học và không rối loạn ở trạng thái cân bằng nhiệt động. Họ đã phát hiện ra loại fractal mới này trong một loại vật liệu gọi là đá quay.
Sự mới lạ là do hai yếu tố. Đầu tiên, hành vi fractal thường được gây ra bởi sự rối loạn, trong khi hiện tượng này xảy ra trong một tinh thể ba chiều rõ ràng, hoàn hảo. Thứ hai, các nguyên lý bất thường chi phối sự tiến hóa theo thời gian của từ hóa trong các hệ thống này làm phát sinh các fractal trong băng quay. Những đặc điểm này đã dẫn đến thuật ngữ “phân dạng động lực mới nổi” được đặt ra.
Cấu trúc tôpô đặc biệt của vật liệu làm đá quay' Các đặc tính từ tính và khả năng hỗ trợ các kích thích đơn cực từ mới nổi của chúng đã khiến chúng trở nên nổi bật trong những năm trước. Lần đầu tiên một mẫu fractal xuất hiện ở hầu hết một tinh thể hoàn hảo mà không bị rối loạn. Điều này được gây ra bởi động lực học của các đơn cực từ này và sự tương tác của chúng với cấu trúc tinh thể.
Nói một cách kỹ thuật hơn, một quá trình cơ học lượng tử phụ thuộc vào trạng thái từ tính của các nguyên tử lân cận hỗ trợ các quy luật động lực hướng dẫn chuyển động đơn cực trong băng spin. Quy trình này được thực hiện trong các mô phỏng máy tính rộng rãi và kết quả trái ngược với các quan sát thử nghiệm có độ phân giải cao được thực hiện ở nhiệt độ nông. Các fractal không thể được tìm thấy thông qua các phép đo các thuộc tính tĩnh vì chúng có bản chất động. Tuy nhiên, chúng tạo ra một tín hiệu đặc biệt có thể đo lường được trong phản ứng và các biến thể của từ hóa.
Jonathan N. Hallén, tác giả đầu tiên và hiện là Tiến sĩ. sinh viên tại Phòng thí nghiệm Cavendish, cho biết, “Thật vậy, dấu hiệu của những fractal này đã được quan sát thấy trong các thí nghiệm, một số có niên đại từ gần hai thập kỷ trước và cho đến nay chúng vẫn chưa được hiểu rõ. Bên cạnh mối quan tâm chung và sự tò mò khoa học về những phát hiện của chúng tôi, do đó chúng tôi cũng giải thích một số kết quả khó hiểu đang thách thức cộng đồng khoa học.”
“Sẽ rất thú vị khi xem những đặc tính nào khác của những vật liệu này có thể được dự đoán hoặc giải thích dựa trên hiểu biết mới mà công trình của chúng tôi mang lại. Khả năng băng quay thể hiện những hiện tượng nổi bật như vậy hứa hẹn mang lại những khám phá đáng ngạc nhiên hơn nữa về động lực học hợp tác của các hệ thống nhiều vật thể tôpô đơn giản.”
Giáo sư Claudio Castelnovo, Lý thuyết vật lý vật chất ngưng tụ, Phòng thí nghiệm Cavendish, nói, “Người ta có thể tự hỏi liệu sự giãn nở chậm được quan sát thấy trong các hệ thống này – phát sinh từ hành vi fractal động học mới xuất hiện – có thể được sử dụng để đưa ra một mô hình mới khả thi về sự xuất hiện của trạng thái thủy tinh trong các hệ thống không có sự rối loạn hay không.”
Tạp chí tham khảo:
- Jonathan Hallen và cộng sự. Fractal động và tiếng ồn dị thường trong một tinh thể từ tính sạch. Khoa học. DOI: 10.1126 / science.add1644
