Los patrones fractales se pueden encontrar en todas partes, desde copos de nieve hasta relámpago hasta los bordes festoneados de la espalda. Hermosos a la vista, su naturaleza repetitiva también puede inspirar conocimientos matemáticos sobre el caos del paisaje físico.

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

Los espines son cristales magnéticos que obedecen reglas estructurales similares a 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 único estado de actividad mínima de baja energía. En cambio, casi zumban con ruido, incluso a temperaturas increíblemente bajas.

Un extraño fenómeno surge de este zumbido cuántico: características que actúan como imanes con un solo polo. Aunque no son tan hipotéticos partículas magnéticas monopolares algunos físicos piensan que pueden existir en la naturaleza, se comportan de manera tan similar que vale la pena estudiarlos.

Entonces, un equipo internacional de investigadores recientemente centró su atención en 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.

muchos años atrás Un equipo de investigadores identificó la firma de la actividad del monopolo magnético en el zumbido cuántico de un hielo de espín de titanato de disprosio, pero los resultados han dejado algunas preguntas sobre la naturaleza exacta de estos movimientos del monopolo.

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

Los científicos crearon modelos complejos a escala atómica para demostrar que el movimiento de los monopolos estaba restringido a un patrón fractal que se borraba y reescribía según las condiciones y los movimientos anteriores.

«Cuando conectamos eso en nuestros modelos, los fractales aparecieron de inmediato», dice el físico Jonathan Hallén de la Universidad de Cambridge.

«Las configuraciones de giro estaban creando una red en la que los monopolos tenían que moverse. La red se ramificaba 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, Reino Unido. «Los resultados de 30 años de experimentos no cuadraron».

«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 ha supuesto».

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

«Además de explicar varios resultados experimentales intrigantes que nos han desafiado durante mucho tiempo, el descubrimiento de un mecanismo para el surgimiento de un nuevo tipo de fractal ha llevado a una ruta totalmente inesperada para que ocurra un movimiento no convencional en tres dimensiones». dice el físico teórico Roderich Moessner del Instituto Max Planck de Física de Sistemas Complejos en Alemania.

La investigación fue publicada en Ciencias🇧🇷