Un nouveau type de fractale a été découvert dans la glace magnétique : ScienceAlert

Les motifs fractals peuvent être trouvés partout, des flocons de neige aux flocons de neige Éclair aux bords déchiquetés des côtes. Belles à voir, leur nature récurrente peut également inspirer des idées mathématiques sur le chaos du paysage.

Un nouvel exemple de cette anomalie mathématique a été révélé dans un type de matériau magnétique connu sous le nom de glace de spin, et il pourrait nous aider à mieux comprendre comment un comportement étrange appelé monopôles magnétiques émerge de sa structure instable.

Les glaces de spin sont des cristaux magnétiques soumis à des règles structurelles similaires à la glace d’eau, avec des interactions uniques régies par les spins de leurs électrons plutôt que par la poussée et la traction de charges. En raison de cette activité, ils n’ont aucun état d’activité minimale à faible énergie. Au lieu de cela, ils font presque du bruit, même à des températures extrêmement basses.

Un phénomène étrange émerge de cette résonance quantique – des propriétés qui agissent comme des aimants à un seul pôle. Bien qu’ils ne soient pas complètement virtuels particules monopolaires magnétiques Certains physiciens pensent qu’ils peuvent exister dans la nature, ils se comportent d’une manière suffisamment similaire pour qu’ils méritent d’être étudiés.

Ainsi, une équipe internationale de chercheurs a récemment tourné son attention vers une glace en rotation appelée titanate de dysprosium. Lorsque de petites quantités de chaleur sont appliquées au matériau, ses bases magnétiques typiques sont brisées et des monopôles apparaissent, les pôles nord et sud étant séparés et fonctionnant indépendamment.

il y a plusieurs années Une équipe de chercheurs a identifié une activité magnétique unipolaire distincte dans la résonance quantique de la glace en rotation du titanate de dysprosium, mais les résultats laissent quelques questions sur la nature exacte de ces mouvements unipolaires.

Dans cette étude de suivi, les physiciens ont réalisé que les monopôles ne bougent pas avec eux Liberté totale en trois dimensions. Au lieu de cela, ils ont été limités à un niveau de dimension 2,53 dans un réseau fixe.

Les scientifiques ont créé des modèles complexes au niveau atomique pour montrer que le mouvement unipolaire était contraint par un motif fractal qui était effacé et réécrit en fonction des conditions et des mouvements antérieurs.

« Lorsque nous avons inséré cela dans nos modèles, les fractales sont apparues immédiatement », dit le physicien Jonathan Hallen de l’Université de Cambridge.

« Les configurations des spins créaient un réseau dans lequel les monades devaient naviguer. Le réseau était une fractale ramifiée d’exactement la bonne dimension. »

Ce comportement dynamique explique pourquoi les fractales étaient auparavant négligées par les expériences classiques. C’est le battage médiatique créé autour des monopoles qui a finalement révélé ce qu’ils faisaient réellement et le modèle fractal qu’ils suivaient.

« Nous savions que quelque chose de vraiment étrange se passait », a-t-il déclaré. dit le physicien Claudio Castelnovo de l’Université de Cambridge au Royaume-Uni. « Les résultats de 30 ans d’expérimentation n’ont pas fonctionné. »

« Après plusieurs tentatives infructueuses pour expliquer les résultats du bruit, nous avons finalement eu un moment eureka, réalisant que les monopôles doivent vivre dans un monde fractal et ne pas se déplacer librement en trois dimensions, comme cela a toujours été supposé. »

Ces types de percées pourraient entraîner des changements progressifs dans les possibilités de la science et dans la façon dont des matériaux comme la glace de spin peuvent être utilisés : peut-être dans spintroniqueun domaine d’étude émergent qui pourrait offrir une mise à niveau de nouvelle génération sur l’électronique que nous utilisons aujourd’hui.

« En plus d’expliquer de nombreux résultats expérimentaux déroutants qui nous défient depuis si longtemps, la découverte d’un mécanisme d’émergence d’un nouveau type de fractale a conduit à une trajectoire complètement inattendue de mouvement non conventionnel se produisant en trois dimensions », dit le physicien théoricien Roderich Mossner de l’Institut Max Planck pour la physique des systèmes complexes en Allemagne.

Recherche publiée dans les sciences.