Descubren un nuevo tipo de fractal en el hielo magnético: ScienceAlert

Los patrones fractales se pueden encontrar en todas partes, desde copos de nieve hasta copos de nieve. Relámpago hasta los bordes irregulares de las costas. Hermosos de ver, su naturaleza recurrente también puede inspirar conocimientos matemáticos sobre el caos del paisaje.

Se ha revelado un nuevo ejemplo de esta anomalía matemática en un tipo de material magnético conocido como espín de hielo, y podría ayudarnos a comprender mejor cómo un comportamiento extraño llamado monopolos magnéticos emerge de su estructura inestable.

Los spin ices son cristales magnéticos que están sujetos a reglas estructurales similares al hielo de agua, con interacciones únicas gobernadas por los spins de sus electrones en lugar de empujar y tirar de las cargas. Como resultado de esta actividad, no tienen un solo estado de baja energía de actividad mínima. En cambio, casi hacen ruido, incluso a temperaturas extremadamente bajas.

Un extraño fenómeno surge de esta resonancia cuántica: propiedades que actúan como imanes con un solo polo. Si bien no son completamente virtuales partículas monopolares magnéticas Algunos físicos piensan que puede existir en la naturaleza, comportándose de una manera lo suficientemente similar como para que valga la pena estudiarlo.

Entonces, un equipo internacional de investigadores centró recientemente su atención en un hielo giratorio llamado titanato de disprosio. Cuando se aplican pequeñas cantidades de calor al material, sus típicas bases magnéticas se rompen y aparecen monopolos, con los polos norte y sur separados y funcionando de forma independiente.

muchos años atrás Un equipo de investigadores ha identificado una actividad magnética unipolar distinta en la resonancia cuántica del hielo giratorio de titanato de disprosio, pero los resultados dejan algunas preguntas sobre la naturaleza exacta de estos movimientos unipolares.

En este estudio de seguimiento, los físicos se dieron cuenta de que los monopolos no se mueven con ellos. Libertad total en tres dimensiones. En cambio, estaban restringidos a un nivel de dimensión de 2,53 dentro de una red fija.

Los científicos crearon modelos complejos a nivel atómico para demostrar que el movimiento unipolar estaba limitado por un patrón fractal que se borraba y reescribía según las condiciones y los movimientos anteriores.

«Cuando insertamos esto en nuestros modelos, los fractales aparecieron de inmediato», dice el físico Jonathan Hallen de la Universidad de Cambridge.

«Las configuraciones de los giros estaban creando una red por la que las mónadas tenían que navegar. La red era un fractal ramificado de la dimensión justa».

Este comportamiento dinámico explica por qué los experimentos clásicos pasaban por alto los fractales. Fue la exageración creada en torno a los monopolos lo que eventualmente reveló lo que realmente estaban haciendo y el patrón fractal que estaban siguiendo.

«Sabíamos que algo realmente extraño estaba pasando», dijo. dice el físico Claudio Castelnovo de la Universidad de Cambridge en el Reino Unido. «Los resultados de 30 años de experimentación no han funcionado».

«Después de varios intentos fallidos de explicar los resultados del ruido, finalmente tuvimos un momento eureka, al darnos cuenta de que los monopolos deben vivir en un mundo fractal y no moverse libremente en tres dimensiones, como siempre se ha supuesto».

Este tipo de avances podría conducir a cambios graduales en las posibilidades de la ciencia y en cómo se pueden usar materiales como el espín de hielo: posiblemente en espintrónicaun campo de estudio emergente que podría ofrecer una actualización de próxima generación en la electrónica que usamos hoy.

«Además de explicar muchos resultados experimentales desconcertantes que nos han desafiado durante tanto tiempo, el descubrimiento de un mecanismo para el surgimiento de un nuevo tipo de fractal ha llevado a una trayectoria completamente inesperada de movimiento no convencional que ocurre en tres dimensiones». dice el físico teórico Roderich Mossner del Instituto Max Planck para la Física de Sistemas Complejos en Alemania.

Investigación publicada en Ciencias.