Fraktální vzory lze nalézt všude od sněhových vloček po sněhové vločky Blesk na rozeklané okraje pobřeží. Jejich opakující se povaha je krásná na pohled a může také inspirovat matematické vhledy do chaosu krajiny.
Nový příklad této matematické anomálie byl odhalen v typu magnetického materiálu známého jako spin ice a mohl by nám pomoci lépe pochopit, jak se z jeho nestabilní struktury vynořuje zvláštní chování zvané magnetické monopoly.
Spiny jsou magnetické krystaly, které se řídí podobnými strukturálními pravidly jako vodní led, s jedinečnými interakcemi, které se řídí spíše spinem jejich elektronů než tlačením a taháním nábojů. V důsledku této činnosti nemají žádný jediný nízkoenergetický stav minimální aktivity. Místo toho téměř vydávají hluk, a to i při extrémně nízkých teplotách.
Z této kvantové rezonance vzniká zvláštní jev – vlastnosti, které působí jako magnety s pouze jedním pólem. I když nejsou úplně virtuální magnetické monopolární částice Někteří fyzici si myslí, že může existovat v přírodě a chová se dostatečně podobně, aby stálo za to ji studovat.
Mezinárodní tým výzkumníků proto nedávno obrátil svou pozornost na rotující led zvaný dysprosium titanát. Když je na materiál aplikováno malé množství tepla, jeho typické magnetické základny se rozbijí a objeví se monopóly se severním a jižním pólem oddělenými a fungujícími nezávisle.
před několika lety Tým výzkumníků identifikoval zřetelnou unipolární magnetickou aktivitu v kvantové rezonanci rotujícího ledu dysprosium titanátu, přesto výsledky zanechávají některé otázky ohledně přesné povahy těchto unipolárních pohybů.
V této následné studii si fyzici uvědomili, že monopoly se s nimi nepohybují Naprostá svoboda ve třech dimenzích. Místo toho byly omezeny na úroveň dimenze 2,53 v rámci pevné mřížky.
Vědci vytvořili složité modely na atomové úrovni, aby ukázali, že unipolární pohyb byl omezen fraktálním vzorem, který byl vymazán a přepsán v závislosti na předchozích podmínkách a pohybech.
„Když jsme to vložili do našich modelů, fraktály se okamžitě objevily,“ říká fyzik Jonathan Hallen z University of Cambridge.
„Konfigurace spinů vytvářely síť, kterou se monády musely pohybovat. Síť byla rozvětveným fraktálem té správné dimenze.“
Toto dynamické chování vysvětluje, proč byly fraktály dříve přehlíženy klasickými experimenty. Byl to humbuk vytvořený kolem monopolů, který nakonec odhalil, co skutečně dělají, a fraktální vzorec, který sledovali.
„Věděli jsme, že se děje něco opravdu zvláštního,“ řekl. říká fyzik Claudio Castelnovo z University of Cambridge ve Spojeném království. „Výsledky 30 let experimentování nefungovaly.“
„Po několika neúspěšných pokusech vysvětlit výsledky hluku jsme konečně měli heuréku, když jsme si uvědomili, že monopoly musí žít ve fraktálním světě a ne se volně pohybovat ve třech rozměrech, jak se vždy předpokládalo.“
Tyto druhy průlomů by mohly vést k postupným změnám v možnostech vědy a v tom, jak lze materiály, jako je ledový led, použít: možná v spintronikavznikající studijní obor, který by mohl nabídnout modernizaci elektroniky, kterou dnes používáme, nové generace.
„Kromě vysvětlení mnoha záhadných experimentálních výsledků, které nás dlouho zpochybňovaly, vedl objev mechanismu pro vznik nového typu fraktálu ke zcela neočekávané trajektorii nekonvenčního pohybu probíhajícího ve třech rozměrech,“ říká teoretický fyzik Roderich Mossner z Institutu Maxe Plancka pro fyziku komplexních systémů v Německu.
Výzkum publikovaný v Věda.
Přátelský webový obhájce. Odborník na popkulturu. Bacon ninja. Tvrdý twitterový učenec.
