Padrões fractais podem ser encontrados em todos os lugares, de flocos de neve a flocos de neve Raio às bordas recortadas das costas. Bonito de se ver, sua natureza recorrente também pode inspirar percepções matemáticas sobre o caos da paisagem.
Um novo exemplo dessa anomalia matemática foi revelado em um tipo de material magnético conhecido como gelo de spin, e pode nos ajudar a entender melhor como um comportamento estranho chamado monopolos magnéticos emerge de sua estrutura instável.
Spins são cristais magnéticos que obedecem a regras estruturais semelhantes ao gelo de água, com interações únicas governadas pelo spin de seus elétrons, em vez de empurrar e puxar cargas. Como resultado dessa atividade, eles não têm nenhum estado único de baixa energia de atividade mínima. Em vez disso, eles quase fazem barulho, mesmo em temperaturas extremamente baixas.
Um fenômeno estranho emerge dessa ressonância quântica – propriedades que agem como ímãs com apenas um pólo. Embora não sejam totalmente virtuais partículas monopolares magnéticas Alguns físicos acham que pode existir na natureza, comportando-se de maneira semelhante o suficiente para valer a pena estudá-lo.
Assim, uma equipe internacional de pesquisadores recentemente voltou sua atenção para um gelo giratório chamado disprósio titanato. Quando pequenas quantidades de calor são aplicadas ao material, suas bases magnéticas típicas são quebradas e os monopolos aparecem, com os polos norte e sul separados e operando de forma independente.
vários anos atrás Uma equipe de pesquisadores identificou atividade magnética unipolar distinta na ressonância quântica do gelo giratório do titanato de disprósio, mas os resultados deixam algumas dúvidas sobre a natureza exata desses movimentos unipolares.
Neste estudo de acompanhamento, os físicos perceberam que os monopolos não se movem com eles Liberdade total em três dimensões. Em vez disso, eles foram confinados a um nível de dimensão 2,53 dentro de uma rede fixa.
Os cientistas criaram modelos complexos no nível atômico para mostrar que o movimento unipolar foi limitado por um padrão fractal que foi apagado e reescrito dependendo das condições e movimentos anteriores.
“Quando inserimos isso em nossos modelos, os fractais apareceram imediatamente”, diz o físico Jonathan Hallen da Universidade de Cambridge.
“As configurações dos spins estavam criando uma rede que as mônadas tinham que navegar. A rede era um fractal ramificado da dimensão certa.”
Esse comportamento dinâmico explica por que os fractais eram anteriormente negligenciados pelos experimentos clássicos. Foi o hype criado em torno dos monopolos que acabou revelando o que eles realmente estavam fazendo e o padrão fractal que estavam seguindo.
“Sabíamos que algo realmente estranho estava acontecendo”, disse ele. diz o físico Claudio Castelnovo pela Universidade de Cambridge, no Reino Unido. “Os resultados de 30 anos de experimentação não funcionaram.”
“Depois de várias tentativas fracassadas de explicar os resultados do ruído, finalmente tivemos um momento eureca, percebendo que os monopolos 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 incrementais nas possibilidades da ciência e como materiais como o gelo giratório podem ser usados: possivelmente em spintrônicaum campo de estudo emergente que pode oferecer uma atualização de última geração nos eletrônicos que usamos hoje.
“Além de explicar muitos resultados experimentais intrigantes que há muito nos desafiam, a descoberta de um mecanismo para o surgimento de um novo tipo de fractal levou a uma trajetória completamente inesperada de movimento não convencional ocorrendo em três dimensões,” diz o físico teórico Roderich Mossner do Instituto Max Planck de Física de Sistemas Complexos na Alemanha.
Pesquisa publicada em Ciência.
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