깨끗한 자성 결정에서 발견된 동적 프랙탈
날짜:
2022년 12월 15일
원천:
케임브리지 대학교
요약:
연구원들은 스핀 아이스라고 불리는 자석 종류에 나타나는 완전히 새로운 유형의 프랙탈을 발견했습니다. 이 발견은 프랙탈이 기존에는 예상할 수 없었던 깨끗한 3차원 결정에서 발견되었기 때문에 놀라운 일이었습니다. 더 놀라운 사실은 프랙탈이 크리스탈의 동적 속성에서 볼 수 있고 정적인 속성에서는 숨겨져 있다는 것입니다. 이러한 기능은 '신생 동적 프랙탈'이라는 명칭에 동기를 부여했습니다.
재료의 특성과 특성은 치수에 크게 의존합니다. 1차원 또는 2차원 세계에서의 삶은 우리에게 일반적으로 익숙한 3차원과 얼마나 다를지 상상해 보십시오. 이를 염두에 두고 프랙탈 (분수 차원을 가진 물체)이 발견된 이후 상당한 관심을 끌었다는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 프랙탈은 눈에 띄게 이상해 보이지만 눈송이와 번개에서 자연 해안선에 이르기까지 놀라운 장소에서 발생합니다.
케임브리지 대학교, 드레스덴의 막스 플랑크 복잡계 물리학 연구소, 테네시 대학교, 라플라타 국립 대학교의 연구원들은 스핀 아이스라고 하는 자석 종류에 나타나는 완전히 새로운 유형의 프랙탈을 발견했습니다. 이 발견은 프랙탈이 기존에는 예상할 수 없었던 깨끗한 3차원 결정에서 발견되었기 때문에 놀라운 일이었습니다. 더 놀라운 사실은 프랙탈이 크리스탈의 동적 속성에서 볼 수 있고 정적인 속성에서는 숨겨져 있다는 것입니다. 이러한 기능은 "신생 동적 프랙탈"이라는 명칭에 동기를 부여했습니다.
프랙탈은 전자 스핀이 작은 막대 자석처럼 거동하는 티탄산 디스프로슘 물질의 결정에서 발견되었습니다. 이러한 스핀은 양성자가 물 얼음에서 경험하는 제약을 모방하는 얼음 규칙을 통해 협력합니다. 디스프로슘 티타네이트의 경우 이는 매우 특별한 특성을 나타냅니다.
케임브리지 대학의 조나단 할렌(Jonathan Hallén)은 박사 과정 학생이며 이 연구의 주 저자입니다. 그는 "절대 영도보다 약간 높은 온도에서 결정 스핀이 자성 유체를 형성한다"고 설명합니다. 그러나 이것은 일반적인 유체가 아닙니다.
"소량의 열로 얼음 규칙이 소수의 사이트와 북극과 남극에서 깨지고 서로 분리되어 독립적인 자기홀극으로 이동하는 뒤집힌 스핀을 구성합니다."
이러한 자기홀극의 움직임이 여기에서 발견되었습니다. 케임브리지 대학교의 Claudio Castelnovo 교수는 이렇게 지적합니다.
Castelnovo는 올해 초 발표된 모노폴의 자기 노이즈에 대한 새로운 연구를 언급하면서 "노이즈 결과를 설명하는 데 여러 번 실패한 끝에 모노폴이 프랙탈 세계에 살고 있음을 깨닫고 마침내 유레카 순간을 얻었습니다. 항상 가정했던 것처럼 3차원에서 자유롭게 움직이지 않습니다."
사실, 자기 잡음에 대한 이 최근의 분석은 모노폴의 세계가 3차원보다 덜 보여야 한다는 것을 보여주었습니다. 정확히 말하면 2.53차원입니다! 독일 막스 플랑크 복잡계 물리학 연구소 소장인 로데리히 모에스너 교수와 카스텔노보는 스핀 자체의 양자 터널링이 이웃 스핀이 하는 일에 의존할 수 있다고 제안했습니다.
Hallén이 설명했듯이 "우리가 이것을 모델에 입력했을 때 프랙탈이 즉시 나타났습니다. 스핀의 구성은 모노폴이 이동해야 하는 네트워크를 만들고 있었습니다. 네트워크는 정확히 올바른 차원을 가진 프랙탈로 분기되었습니다."
그런데 왜 이렇게 오랫동안 놓쳤을까?
Hallén은 "이것은 우리가 일반적으로 생각하는 정적 프랙탈이 아닙니다. 대신 더 오랜 시간 동안 모노폴의 움직임이 실제로 프랙탈을 지우고 다시 작성할 것입니다."라고 설명했습니다.
이로 인해 프랙탈은 기존의 많은 실험 기술에서는 보이지 않게 되었습니다.
연구진은 라플라타 국립대학교 산티아고 그리게라 교수, 테네시대학교 앨런 테넌트 교수와 긴밀히 협력해 이전 실험 작업의 의미를 밝히는 데 성공했다.
Grigera와 Tennant는 "프랙탈이 역동적이라는 사실은 그들이 표준 열 및 중성자 산란 측정에 나타나지 않았다는 것을 의미합니다."라고 말했습니다. "소음이 마침내 발견된 단극 운동을 측정했기 때문입니다."
Moessner는 이번 주 Science 에 게재된 결과의 중요성에 대해 다음과 같이 설명합니다. 틀에 얽매이지 않는 동작이 3차원에서 발생하는 완전히 예상치 못한 경로로 이어졌습니다."
전반적으로, 연구원들은 토폴로지와 같은 흥미로운 특성과의 관계를 포함하여 그들의 작업에 의해 제공되는 새로운 이해에 비추어 이러한 재료의 다른 특성이 예측되거나 설명될 수 있는지 확인하는 데 관심이 있습니다. 스핀아이스가 위상학적 자석의 가장 접근하기 쉬운 사례 중 하나이기 때문에 Moessner는 "스핀아이스가 그러한 놀라운 현상을 나타낼 수 있는 능력은 단순한 위상학적 많은 것의 협력 역학에서 더 놀라운 발견을 약속할 수 있기를 희망합니다.
출처 : https://www.sciencedaily.com/