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 relámpago a los bordes dentados de las costillas. Hermosos para la vista, su naturaleza repetitiva también puede inspirar conocimientos matemáticos sobre el caos del paisaje físico.

Se ha descubierto un nuevo ejemplo de estas peculiaridades matemáticas en un tipo de sustancia magnética conocida como espín de hielo, y podría ayudarnos a comprender mejor cómo surge un comportamiento extraño llamado monopolo magnético de su estructura inestable.

Los hielos de espín son cristales magnéticos que obedecen reglas estructurales similares a las de los hielos de agua, con interacciones únicas gobernadas por los espines de sus electrones en lugar del tira y afloja de las cargas. Como resultado de esta actividad, no tienen un solo estado de actividad mínima de baja energía. En cambio, casi zumban con ruido, incluso a temperaturas increíblemente bajas.

Un fenómeno extraño emerge de este zumbido cuántico: características que actúan como imanes de un solo polo. Aunque no son del todo hipotéticos partículas monopolares magnéticas algunos físicos piensan que podrían existir en la naturaleza, se comportan de una manera lo suficientemente similar como para que valga la pena estudiarlos.

Por lo tanto, un equipo internacional de investigadores examinó recientemente un hielo giratorio llamado titanato de disprosio. Cuando se aplican pequeñas cantidades de calor al material, sus reglas magnéticas típicas se rompen y aparecen monopolos, con los polos norte y sur separándose y actuando de forma independiente.

Hace muchos años Un equipo de investigadores ha identificado una actividad monopolar magnética característica en el zumbido cuántico del hielo de espín de titanato de disprosio, pero los resultados han dejado algunas dudas sobre la naturaleza exacta de estos movimientos monopolares.

En este estudio de seguimiento, los físicos se dieron cuenta de que los monopolos no se movían con libertad total en tres dimensiones. En cambio, estaban restringidos a un plano de 2,53 dimensiones dentro de una red fija.

Los científicos crearon intrincados modelos a escala atómica para mostrar que el movimiento de Monopoly estaba restringido a un patrón fractal que se borraba y reescribía en función de condiciones y movimientos anteriores.

“Cuando introdujimos esto en nuestros modelos, inmediatamente surgieron los fractales”, dice el físico Jonathan Hallén de la Universidad de Cambridge.

“Las configuraciones de los giros crearon una red sobre la cual los monopolos tenían que moverse. La red se ramificó como un fractal con exactamente la dimensión correcta”.

Este comportamiento dinámico explica por qué los experimentos convencionales habían pasado por alto los fractales anteriormente. Fue el ruido creado alrededor de los monopolos lo que finalmente reveló lo que realmente estaban haciendo y el patrón fractal que estaban siguiendo.

“Sabíamos que algo realmente extraño estaba pasando” dice el físico Claudio Castelnovo de la Universidad de Cambridge en el Reino Unido. “Los resultados de 30 años de experiencia no cuadran”.

“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 había supuesto”.

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

“Además de explicar varios resultados experimentales desconcertantes que nos han desafiado durante mucho tiempo, el descubrimiento de un mecanismo para la aparición de un nuevo tipo de fractal ha llevado a un camino bastante inesperado para que ocurra un movimiento no convencional en tres dimensiones, dice el físico teórico Roderich Moessner del Instituto Max Planck para la Física de Sistemas Complejos en Alemania.

La investigación ha sido publicada en Ciencias.