Um novo tipo de fractal foi descoberto no gelo magnético: ScienceAlert
Padrões fractais são encontrados em todos os lugares, de flocos de neve a relâmpago às costas escarpadas. Bonitos de se ver, sua natureza repetitiva também pode inspirar percepções matemáticas sobre o caos da paisagem física.
Um novo exemplo dessas esquisitices matemáticas foi descoberto em um tipo de substância magnética conhecida como gelo de spin, e pode nos ajudar a entender melhor como um comportamento peculiar chamado monopolo magnético emerge de sua estrutura turbulenta.
Spin ices são cristais magnéticos que obedecem a regras estruturais semelhantes ao gelo de água, com interações únicas governadas pelos spins de seus elétrons, em vez do empurrão e puxão de cargas. Como resultado dessa atividade, eles não têm um único estado de baixa energia de atividade mínima. Em vez disso, eles quase zumbem com ruído mesmo em temperaturas incrivelmente baixas.
Deste zumbido quântico surge um fenômeno estranho – propriedades que agem como ímãs com apenas um pólo. Embora não sejam inteiramente hipotéticos partículas magnéticas monopolo Alguns físicos acreditam que eles possam existir na natureza, mas eles se comportam de maneira semelhante o suficiente para valer a pena estudá-los.
Uma equipe internacional de pesquisadores recentemente voltou sua atenção para um spin ice chamado disprósio titanato. Quando pequenas quantidades de calor são aplicadas ao material, suas regras magnéticas típicas se quebram e surgem os monopolos, com os polos norte e sul se separando e agindo de forma independente.
Alguns anos atrás Uma equipe de pesquisadores identificou a atividade monopolo magnética característica no zumbido quântico de uma coluna de gelo de titanato de disprósio, mas os resultados deixaram algumas questões sobre a natureza precisa desses movimentos monopolos.
Neste estudo de acompanhamento, os físicos descobriram que os monopólios não estavam acompanhando total liberdade em três dimensões. Em vez disso, eles foram confinados a um plano dimensional de 2,53 dentro de uma grade fixa.
Os cientistas construíram modelos complexos de nível atômico para mostrar que o movimento monopolo foi restringido em um padrão fractal que foi apagado e reescrito dependendo das condições e movimentos anteriores.
“Quando inserimos isso em nossos modelos, os fractais foram criados imediatamente”, diz o físico Jonathan Hallén da Universidade de Cambridge.
“As configurações dos spins criaram uma rede na qual os monopolos tiveram que se mover. A rede se ramificou como um fractal da dimensão certa.”
Esse comportamento dinâmico explica por que os experimentos convencionais até agora erraram os fractais. Foi o ruído criado em torno dos monopolos que finalmente revelou o que eles realmente estavam fazendo e o padrão fractal que estavam seguindo.
“Sabíamos que algo muito estranho estava acontecendo” diz o físico Claudio Castelnovo pela Universidade de Cambridge, no Reino Unido. “Os resultados de 30 anos de experimentação não estavam corretos.”
“Depois de várias tentativas fracassadas de explicar os resultados do ruído, finalmente tivemos um momento eureca ao perceber que os monopólios devem viver em um mundo fractal e não se mover livremente em três dimensões, como sempre se supôs”.
Esses tipos de descobertas podem levar a mudanças fundamentais na forma como a ciência pode ser feita e como materiais como gelo giratório podem ser usados: talvez em spintrônicauma área de estudo emergente que poderia oferecer uma atualização para a eletrônica de próxima geração usada hoje.
“Além de explicar alguns resultados experimentais intrigantes que há muito nos desafiam, a descoberta de um mecanismo para a formação de um novo tipo de fractal levou a uma maneira completamente inesperada na qual movimentos não convencionais em três dimensões podem ocorrer.” diz o físico teórico Roderich Moessner do Instituto Max Planck de Física de Sistemas Complexos na Alemanha.
A pesquisa foi publicada em Ciência.
