يمكن العثور على أنماط كسورية في كل مكان من رقاقات الثلج برق للحواف الخشنة للخطوط الساحلية. جميلة المظهر ، طبيعتها المتكررة تلهم رؤى رياضية لفوضى المشهد الطبيعي.
تم العثور على مثال جديد لهذه المراوغات الرياضية في نوع من المواد المغناطيسية يسمى جليد الدوران ، وقد يساعد في فهم أفضل لكيفية ظهور سلوك غريب يسمى أحادي القطب المغناطيسي من بنيته غير المستقرة.
السبينات هي بلورات مغناطيسية تخضع لقواعد هيكلية مماثلة لتلك الخاصة بجليد الماء ، مع تفاعلات فريدة تحكمها دوران إلكتروناتها بدلاً من دفع الشحنات وسحبها. نتيجة لهذه العملية ، ليس لديهم أي حالة طاقة منخفضة مع نشاط ضئيل. وبدلاً من ذلك ، فإنهم يطنون بصوت عالٍ حتى في درجات حرارة منخفضة للغاية.
تنشأ ظاهرة غريبة من هذا التشابك الكمومي – خصائص تتصرف مثل المغناطيس بقطب واحد فقط. على الرغم من أنها ليست خيالية تمامًا جسيمات أحادية القطب المغناطيسي يعتقد بعض الفيزيائيين أنهم ربما في الطبيعة يتصرفون بطريقة مماثلة ، وهذا يجعلهم يستحقون الدراسة.
لذلك وجه فريق دولي من الباحثين انتباههم مؤخرًا إلى الجليد الحلزوني المسمى تيتانات الديسبروسيوم. عندما يتم تطبيق كميات صغيرة من الحرارة على المادة ، تنهار قوانينها المغناطيسية العادية ويفصل القطبان الشمالي والجنوبي ويعملان بشكل منفصل ، مما ينتج عنه أحادي القطب.
منذ سنوات عديدة حدد فريق من الباحثين نشاطًا مغناطيسيًا أحادي القطب مميزًا في الاضطراب الكمومي للجليد الدوار تيتانات الديسبروسيوم ، لكن النتائج تركت بعض الأسئلة حول الطبيعة الدقيقة لهذه الحركات أحادية القطب.
في دراسة المتابعة هذه ، أدرك الفيزيائيون أن أحادي القطب لا يتحرك الحرية الكاملة في ثلاثة أبعاد. بدلاً من ذلك ، تم تقييدهم على مستوى 2.53 الأبعاد داخل شبكة قياسية.
قام العلماء ببناء نماذج معقدة على المستوى الذري لإظهار أن الحركة أحادية القطب يتم تنظيمها في نمط مضفر يتم محوه وإعادة كتابته اعتمادًا على الظروف والحركات السابقة.
“عندما حقننا هذا في نماذجنا ، ظهرت الكسور على الفور تقريبًا.” يقول الفيزيائي جوناثان هالون من جامعة كامبريدج.
“تشكل تكوينات الدوامات شبكة يجب أن تمر من خلالها الأحادية القطب. تتفرع الشبكة إلى جزء ذي البعد الصحيح تمامًا.”
يشرح هذا السلوك الديناميكي سبب عدم وجود الكسور في الاختبارات التقليدية في السابق. كان الضجيج الذي نشأ حول الاحتكارات هو الذي كشف في النهاية عما كانوا يفعلونه حقًا والنمط الفركتلي الذي كانوا يتبعونه.
“كنا نعلم أن شيئًا غريبًا حقًا كان يحدث”. يقول الفيزيائي كلاوديو كاستلنوفو من جامعة كامبريدج بإنجلترا. “لم يتم تضمين نتائج 30 عاما من التجارب.”
“بعد العديد من المحاولات الفاشلة لشرح نتائج الضوضاء ، حصلنا أخيرًا على لحظة eureka ، مدركين أن الرتابة لا تتحرك بحرية في ثلاثة أبعاد كما كان يُفترض دائمًا ، ولكنها تعيش في عالم كسوري.”
تؤدي هذه الأنواع من التقدم إلى تغييرات تدريجية في إمكانيات العلم وكيف يمكننا استخدام مواد مثل الجليد الدوراني: ربما سبينترونيكسمجال دراسة متنامي يمكن أن يوفر التحسين العام التالي في الإلكترونيات التي نستخدمها اليوم.
“إلى جانب شرح العديد من النتائج التجريبية المحيرة التي طالما تحدتنا ، أدى اكتشاف آلية لظهور نوع جديد من الفركتلات إلى مسار غير متوقع تمامًا لحركة غير عادية تحدث في ثلاثة أبعاد.” يقول الفيزيائي النظري رودريش موسنر من معهد ماكس بلانك لفيزياء الأنظمة المعقدة في ألمانيا.
نشرت في الأطروحة علوم.
