磁気氷上で新しいタイプのフラクタルを発見: ScienceAlert

フラクタルパターンは雪の結晶から 雷 海岸線のギザギザの縁まで。 ビューの美しく反復的な特性は、物理的な風景のカオスに関する数学的な洞察に触発することができます。

スピンアイスとして知られている一種の磁性材料では、これらの数学的奇妙さの新しい例が発見され、これは、不安定な構造で磁気モノポールという奇妙な行動がどのように現れるかをよりよく理解するのに役立ちます。

スピンアイスは水氷に似た構造規則に従う磁性結晶で、電荷を押して引くのではなく、電子のスピンによって支配されるユニークな相互作用があります。 この活動の結果として、彼らは最小限の活動の単一の低エネルギー状態を持っていません。 代わりにクレイジーなように低温でも騒音でほぼ揺れる。

この量子ブランコに奇妙な現象が現れます。 言い換えれば、単一のポールを持つ磁石のように動作する特性です。 彼らは非常に仮説的ではありませんが、 磁気モノポール粒子 一部の物理学者は自然に存在することができると思いますが、研究する価値があるほど十分に同様の方法で行動します。

そこで、国際研究チームは最近ジスプロシウムチタネート（dysprosium titanate）と呼ばれるスピンアイスに関心を向けました。 少量の熱が材料に加えられると、一般的な磁気規則が壊れ、北極と南極が分離され、独立して作用する単極が現れる。

数年前 研究チームはチタン酸ジスプロシウムスピンアイスの量子ブランコでシグネチャー磁気モノポール活動を確認しましたが、その結果はこれらのモノポール運動の正確な特性についていくつかの質問を残しました。

その後の研究では、物理学者たちはモノポールが一緒に動かないことに気づきました。 3次元の完全な自由。 代わりに、固定格子内部の2.53次元平面に制限されました。

科学者たちは、条件と以前の動きに応じて消去され、書き換えられたフラクタルパターンでモノポールの動きが制限されることを示すために、原子規模で複雑なモデルを作成しました。

「これをモデルに入力すると、フラクタルがすぐに現れました」 物理学者Jonathan Hallénは言います。 ケンブリッジ大学で。

「スピンの構成は、モノポールが移動しなければならないネットワークを作っていました。ネットワークは正確に正しい次元を持つフラクタルに分岐しました。」

このダイナミックな行動は、従来の実験が以前にフラクタルを逃した理由を説明しています。 彼らが実際に何をしているのか、そして彼らが続いているフラクタルパターンを最終的に明らかにしたのは、モノポールの周りで生成されたノイズでした。

「私たちは本当に奇妙なことが起こっていることを知っていました。」 物理学者、クラウディオ・カステルノヴォ（Claudio Castelnovo）は言います。 英国ケンブリッジ大学出身。 「30年間の実験結果は合算されませんでした。」

「騒音の結果を説明するためのいくつかの試みが失敗した後、私たちはついにモノポールがフラクタルの世界に住んでいて、いつも仮定したように3次元で自由に動かないことに気付くユーレカの瞬間を持っていました。」

この種の進歩は、科学の可能性とスピンアイスなどの物質の使用方法に段階的な変化をもたらします。 スピントロニクス今日、私たちが使用している電子製品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。

「長い間私たちに挑戦してきたいくつかの難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出現メカニズムの発見は、3次元で非伝統的な動きが発生する完全に予期しない経路につながりました。」 理論物理学者であるRoderich Moessnerは言います。 ドイツのマックスプランク複雑な物理学研究所で。

本研究は 科学。