يمكن العثور على أنماط كسورية في كل مكان ، من رقاقات الثلج إلى برق إلى الحواف الخشنة للأضلاع. من الجميل أن تراه ، طبيعتها المتكررة يمكن أن تلهم أيضًا رؤى رياضية في فوضى المشهد الطبيعي.
تم اكتشاف مثال جديد لهذه المراوغات الرياضية في نوع من المواد المغناطيسية المعروفة باسم جليد الدوران ، ويمكن أن يساعدنا في فهم أفضل لكيفية ظهور السلوك الغريب المسمى أحادي القطب المغناطيسي من بنيته غير المستقرة.
السبينات هي بلورات مغناطيسية تخضع لقواعد هيكلية مماثلة لجليد الماء ، مع تفاعلات فريدة تحكمها دوران إلكتروناتها بدلاً من دفع الشحنات وسحبها. نتيجة لهذا النشاط ، ليس لديهم حالة واحدة من الحد الأدنى من النشاط منخفض الطاقة. وبدلاً من ذلك ، فإنهم تقريبًا يصدرون ضوضاء ، حتى في درجات الحرارة المنخفضة بشكل لا يصدق.
تظهر ظاهرة غريبة من هذا الطنين الكمومي – سمات تعمل مثل المغناطيس أحادي القطب. على الرغم من أنها ليست افتراضية تمامًا جسيمات أحادية القطب المغناطيسي يعتقد بعض الفيزيائيين أنها قد تكون موجودة في الطبيعة ، فهم يتصرفون بطريقة مماثلة بما يكفي ليستحقوا الدراسة.
وهكذا ، بحث فريق دولي من الباحثين مؤخرًا في جليد تدور يسمى تيتانات الديسبروسيوم. عندما يتم تطبيق كميات صغيرة من الحرارة على المادة ، تنكسر قواعدها المغناطيسية النموذجية وتظهر أحاديات القطب ، مع فصل القطبين الشمالي والجنوبي ويعملان بشكل مستقل.
منذ عدة سنوات حدد فريق من الباحثين نشاطًا مغناطيسيًا أحادي القطب مميزًا في الطنين الكمومي للجليد الدوار تيتانات الديسبروسيوم ، لكن النتائج تركت بعض الأسئلة حول الطبيعة الدقيقة لهذه الحركات أحادية القطب.
في دراسة المتابعة هذه ، أدرك الفيزيائيون أن أحاديات القطب لا تتحرك معها الحرية الكاملة في ثلاثة أبعاد. بدلاً من ذلك ، تم تقييدهم على مستوى 2.53 الأبعاد داخل شبكة ثابتة.
ابتكر العلماء نماذج معقدة على المستوى الذري لإظهار أن حركة الاحتكار كانت مقيدة بنمط كسوري تم محوه وإعادة كتابته بناءً على الظروف والحركات السابقة.
“عندما أدخلنا هذا في نماذجنا ، ظهرت الفركتلات على الفور ،” يقول الفيزيائي جوناثان هالين من جامعة كامبريدج.
“تكوينات السبينات خلقت شبكة شعرية كان على الأحاديات أن تتحرك فوقها. تشعبت الشبكة مثل كسورية ذات البعد الصحيح تمامًا.”
يفسر هذا السلوك الديناميكي سبب إغفال التجارب التقليدية في السابق للفركتلات. كان الضجيج الذي تم إنشاؤه حول أحادي القطب هو الذي كشف في النهاية عما كانوا يفعلونه بالفعل والنمط الكسوري الذي كانوا يتبعونه.
“كنا نعلم أن شيئًا غريبًا حقًا كان يحدث” يقول الفيزيائي كلاوديو كاستلنوفو من جامعة كامبريدج في المملكة المتحدة. “نتائج 30 عامًا من الخبرة لا تضيف شيئًا.”
“بعد عدة محاولات فاشلة لشرح نتائج الضوضاء ، حصلنا أخيرًا على لحظة يوريكا ، مدركين أن أحادي القطب يجب أن يعيش في عالم فركتلي وألا يتحرك بحرية في ثلاثة أبعاد ، كما كان يُفترض دائمًا.”
يمكن أن تؤدي هذه الأنواع من الاختراقات إلى تغييرات تدريجية في إمكانيات العلم وكيف يمكن استخدام مواد مثل الجليد الدوراني: ربما في سبنترونيكسمجال دراسة ناشئ يمكن أن يقدم ترقية من الجيل التالي على الإلكترونيات التي نستخدمها اليوم.
“بالإضافة إلى شرح العديد من النتائج التجريبية المحيرة التي طالما تحدتنا ، فقد أدى اكتشاف آلية لظهور نوع جديد من الفركتل إلى مسار غير متوقع تمامًا لحدوث حركة غير تقليدية. في ثلاثة أبعاد ، يقول الفيزيائي النظري رودريش موسنر من معهد ماكس بلانك لفيزياء الأنظمة المعقدة في ألمانيا.
تم نشر البحث في علم.
