Se ha descubierto un nuevo tipo de fractal en el hielo magnético. Alerta científica:

Los patrones fractales se pueden encontrar en todas partes, desde copos de nieve hasta rayo a los márgenes costeros. Bellamente, su naturaleza repetitiva también puede inspirar conocimientos matemáticos sobre el caos del paisaje físico.

Se ha encontrado un nuevo ejemplo de estas rarezas matemáticas en un tipo de material magnético conocido como espín de hielo, y puede ayudarnos a comprender mejor cómo surge un comportamiento extraño llamado monopolo magnético a partir de su estructura inestable.

Los espines son cristales magnéticos que obedecen reglas de estructura similares a las del hielo 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.

De este ruido cuántico surge un fenómeno extraño: características que actúan como imanes con un solo polo. Si bien no son tan hipotéticos partículas de monopolo magnético Algunos físicos creen que pueden existir en la naturaleza, se comportan de una manera lo suficientemente similar como para que sean dignos de estudio.

Entonces, un equipo internacional de investigadores centró recientemente su atención en un remolino de hielo llamado titanato de disprosio. Cuando se aplica una pequeña cantidad de calor a un material, sus reglas magnéticas inherentes se rompen y se forman monopolos, donde los polos norte y sur se separan y actúan de forma independiente.

Hace unos pocos años Un equipo de investigadores ha detectado actividad de monopolo magnético en el zumbido cuántico del hielo de titanato de disprosio giratorio, pero los resultados han dejado varias preguntas sobre la naturaleza exacta de los movimientos de estos monopolos.

Durante este estudio adicional, los físicos se dieron cuenta de que los monopolos no se mueven completa libertad en tres dimensiones. En cambio, fueron confinados a un avión de tamaño 2,53 dentro de una jaula fija.

Los científicos han creado modelos complejos a escala atómica para demostrar que el movimiento de un monopolo está limitado por un patrón fractal que se borra y se reescribe según las condiciones y los movimientos anteriores.

«Cuando le dimos esto a nuestros modelos, los fractales surgieron de inmediato». dice el físico Jonathan Hallen de la Universidad de Cambridge.

“Las configuraciones de giro crearon una cuadrícula a través de la cual los monopolos tenían que moverse. La red se estaba ramificando como un fractal con las dimensiones correctas”.

Este comportamiento dinámico explica por qué los experimentos convencionales anteriormente no detectaban fractales. Fue la exageración en torno a los monopolos lo que eventualmente reveló lo que realmente estaban haciendo y el patrón fractal que estaban siguiendo.

«Sabíamos que algo extraño estaba pasando». dice el físico Claudio Castelnovo de la Universidad de Cambridge, Reino Unido. «Los resultados de 30 años de experimentos no coincidieron».

«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 descubrimientos podría conducir a cambios incrementales en las posibilidades de la ciencia y en cómo se pueden usar materiales como el hielo en remolino; espintrónicaun campo de estudio emergente que podría ofrecer actualizaciones de próxima generación a nuestra electrónica actual.

«Además de explicar algunos resultados experimentales desconcertantes que nos han desafiado durante mucho tiempo, el descubrimiento de un nuevo tipo de mecanismo de generación de fractales ha llevado a una ruta completamente inesperada de movimiento tridimensional inusual». dice el físico teórico Roderick Mosner del Instituto Max Planck de Física de Sistemas Complejos, Alemania.

El estudio ha sido publicado Ciencias.