新しいタイプのフラクタルが磁気氷で発見されました: ScienceAlert

フラクタル パターンは、雪片から雪片まであらゆる場所で見られます 雷 ギザギザの海岸線まで。 見るのが美しいだけでなく、それらの繰り返しの性質は、風景の混沌への数学的な洞察を刺激することもできます.

この数学的異常の新しい例は、スピンアイスとして知られる一種の磁性体で明らかにされており、磁気単極子と呼ばれる奇妙な振る舞いがその不安定な構造からどのように発生するかをよりよく理解するのに役立つ可能性があります.

スピンは、水の氷と同様の構造規則に従う磁気結晶であり、電荷の押し引きではなく、電子のスピンによって制御される独自の相互作用を備えています。 この活動の結果として、最小限の活動の単一の低エネルギー状態はありません。 代わりに、極端に低い温度でもほとんど音を立てます。

この量子共鳴から、極が 1 つしかない磁石のように振る舞う特性という奇妙な現象が発生します。 それらは完全に仮想的ではありませんが、 磁気単極粒子 一部の物理学者は、自然界に存在する可能性があり、研究に値するほどよく似た方法で動作する可能性があると考えています.

そのため、国際的な研究者チームは最近、チタン酸ジスプロシウムと呼ばれる回転する氷に注目しました。 材料に少量の熱が加えられると、典型的な磁気ベースが壊れてモノポールが現れ、N極とS極が分離して独立して動作します。

何年か前 研究者チームは、チタン酸ジスプロシウムの回転する氷の量子共鳴で明確な単極磁気活動を特定しましたが、結果はこれらの単極運動の正確な性質についていくつかの疑問を残しています.

このフォローアップ研究で、物理学者は単極子が一緒に動かないことに気付きました 三次元での完全な自由. 代わりに、それらは固定格子内の 2.53 次元レベルに制限されました。

科学者たちは原子レベルで複雑なモデルを作成し、以前の条件と動きに応じて消去および書き換えられるフラクタル パターンによって単極運動が制約されていることを示しました。

「これをモデルに挿入すると、フラクタルがすぐに現れました。」 物理学者のジョナサン・ハレンは言う ケンブリッジ大学出身。

「スピンの構成は、モナドがナビゲートしなければならないネットワークを作成していました。ネットワークは、ちょうどいい次元の分岐フラクタルでした。」

この動的な動作は、なぜフラクタルがこれまで古典的な実験で見落とされていたかを説明しています。 彼らが実際に何をしているのか、そして彼らが従っていたフラクタルパターンを最終的に明らかにしたのは、モノポールの周りに作成された誇大宣伝でした.

「本当に奇妙なことが起こっていることはわかっていました」と彼は言いました。 物理学者のクラウディオ・カステルノヴォは言う イギリスのケンブリッジ大学出身。 「30年間の実験の結果はうまくいきませんでした。」

「ノイズの結果を説明する試みが何度か失敗した後、モノポールはフラクタルの世界に存在しなければならず、常に想定されていたように 3 次元で自由に移動することはできないことに気づき、ついに発見の瞬間が訪れました。」

この種のブレークスルーは、科学の可能性と、スピンアイスのような材料の使用方法に漸進的な変化をもたらす可能性があります。 スピントロニクス、私たちが今日使用している電子機器の次世代アップグレードを提供できる新しい研究分野です。

「私たちに長い間挑戦してきた多くの不可解な実験結果を説明することに加えて、新しいタイプのフラクタルの出現メカニズムの発見は、3 次元で発生する型破りな運動の完全に予想外の軌道につながりました。」 理論物理学者ローデリヒ・モスナーは言う ドイツの複雑系物理学のためのマックスプランク研究所から。

に発表された研究 理科.