Un nuovo tipo di frattale è stato scoperto nel ghiaccio magnetico: ScienceAlert

I modelli frattali possono essere trovati ovunque, dai fiocchi di neve ai fiocchi di neve Fulmine ai bordi frastagliati delle coste. Belli da vedere, la loro natura ricorrente può anche ispirare intuizioni matematiche nel caos del paesaggio.

Un nuovo esempio di questa anomalia matematica è stato rivelato in un tipo di materiale magnetico noto come spin ice, e potrebbe aiutarci a capire meglio come uno strano comportamento chiamato monopoli magnetici emerga dalla sua struttura instabile.

Gli spin ice sono cristalli magnetici soggetti a regole strutturali simili al ghiaccio d’acqua, con interazioni uniche governate dagli spin dei loro elettroni piuttosto che dalla spinta e trazione delle cariche. Come risultato di questa attività, non hanno alcun singolo stato di attività minima a bassa energia. Invece fanno quasi rumore, anche a temperature estremamente basse.

Da questa risonanza quantica emerge uno strano fenomeno: proprietà che agiscono come magneti con un solo polo. Anche se non sono completamente virtuali particelle monopolari magnetiche Alcuni fisici pensano che possano esistere in natura, si comportano in modo abbastanza simile da meritare di essere studiati.

Quindi un team internazionale di ricercatori ha recentemente rivolto la propria attenzione a un ghiaccio rotante chiamato titanato di disprosio. Quando al materiale vengono applicate piccole quantità di calore, le sue tipiche basi magnetiche si rompono e compaiono i monopoli, con i poli nord e sud separati e funzionanti indipendentemente.

diversi anni fa Un team di ricercatori ha identificato una distinta attività magnetica unipolare nella risonanza quantica del ghiaccio rotante del titanato di disprosio, ma i risultati lasciano alcune domande sull’esatta natura di questi movimenti unipolari.

In questo studio di follow-up, i fisici si sono resi conto che i monopoli non si muovono con loro Libertà totale in tre dimensioni. Invece, erano limitati a un livello di dimensione 2,53 all’interno di un reticolo fisso.

Gli scienziati hanno creato modelli complessi a livello atomico per dimostrare che il movimento unipolare era vincolato da uno schema frattale che veniva cancellato e riscritto a seconda delle condizioni e dei movimenti precedenti.

“Quando l’abbiamo inserito nei nostri modelli, i frattali sono apparsi immediatamente”, dice il fisico Jonathan Hallen dall’Università di Cambridge.

“Le configurazioni degli spin stavano creando una rete che le monadi dovevano navigare. La rete era un frattale ramificato della giusta dimensione.”

Questo comportamento dinamico spiega perché i frattali erano stati precedentemente trascurati dagli esperimenti classici. È stato il clamore creato attorno ai monopoli che alla fine ha rivelato cosa stavano realmente facendo e lo schema frattale che stavano seguendo.

“Sapevamo che stava succedendo qualcosa di veramente strano”, ha detto. afferma il fisico Claudio Castelnovo dall’Università di Cambridge nel Regno Unito. “I risultati di 30 anni di sperimentazione non hanno funzionato”.

“Dopo diversi tentativi falliti di spiegare i risultati del rumore, abbiamo finalmente avuto un momento eureka, rendendoci conto che i monopoli devono vivere in un mondo frattale e non muoversi liberamente in tre dimensioni, come è sempre stato ipotizzato”.

Questi tipi di scoperte potrebbero portare a cambiamenti incrementali nelle possibilità della scienza e nel modo in cui materiali come lo spinice possono essere utilizzati: possibilmente in spintronicaun campo di studio emergente che potrebbe offrire un aggiornamento di nuova generazione sull’elettronica che usiamo oggi.

“Oltre a spiegare molti sconcertanti risultati sperimentali che ci hanno sfidato per così tanto tempo, la scoperta di un meccanismo per l’emergere di un nuovo tipo di frattale ha portato a una traiettoria completamente inaspettata di movimento non convenzionale che si verifica in tre dimensioni”. afferma il fisico teorico Roderich Mossner dell’Istituto Max Planck per la fisica dei sistemi complessi in Germania.

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