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Jan 19, 2024

깨끗한 자기 결정에서 발견된 동적 프랙탈

재료의 특성과 특성은 치수에 따라 크게 달라집니다. 어떻게 상상해 보세요

재료의 특성과 특성은 치수에 따라 크게 달라집니다. 1차원 또는 2차원 세계의 삶이 우리가 일반적으로 익숙한 3차원 세계와 얼마나 다를지 상상해 보세요. 이를 염두에 두고, 분수 차원을 가진 물체인 프랙탈이 발견 이후 상당한 주목을 받았다는 것은 아마도 놀라운 일이 아닐 것입니다. 겉보기에 이상해 보이는 프랙탈에도 불구하고, 프랙탈은 눈송이, 번개, 자연 해안선 등 놀라운 장소에서 발생합니다.

캠브리지 대학교, 드레스덴의 막스 플랑크 복잡계 물리학 연구소, 테네시 대학교, 라플라타 국립대학교의 연구원완전히 새로운 유형을 발견했습니다 스핀 아이스라고 불리는 자석 종류에 나타나는 프랙탈. 이 발견은 기존에는 예상할 수 없었던 깨끗한 3차원 결정에서 프랙탈이 관찰되었기 때문에 놀라운 일이었습니다. 더욱 놀랍게도 프랙탈은 결정의 동적 특성에서 볼 수 있지만 정적 특성에서는 숨겨져 있습니다. 이러한 특징은 "창발하는 동적 프랙탈"이라는 명칭을 갖게 된 계기가 되었습니다.

프랙탈은 전자 스핀이 작은 막대 자석처럼 행동하는 디스프로슘 티타네이트 물질의 결정에서 발견되었습니다. 이러한 스핀은 양성자가 얼음에서 경험하는 제약을 모방하는 얼음 규칙을 통해 협력합니다. 디스프로슘 티타네이트의 경우 이는 매우 특별한 특성을 가져옵니다.

케임브리지 대학교의 조나단 할렌(Jonathan Hallén)은 박사과정 학생이자 이번 연구의 주요 저자입니다. 그는 "절대 영도보다 약간 높은 온도에서 결정 스핀이 자성 유체를 형성한다"고 설명합니다. 그러나 이것은 일반적인 액체가 아닙니다.

"적은 양의 열로 인해 얼음 규칙은 소수의 장소와 북극 및 남극에서 깨져서 반전된 스핀을 구성하고 독립적인 자기 단극으로 이동하여 서로 분리됩니다."

이러한 자기 단극의 움직임이 여기에서 발견되었습니다. 역시 케임브리지 대학의 클라우디오 카스텔노보(Claudio Castelnovo) 교수는 다음과 같이 지적했습니다. "우리는 정말 이상한 일이 일어나고 있다는 것을 알았습니다. 30년간의 실험 결과가 합산되지 않았습니다."

Castelnovo는 올해 초 발표된 모노폴의 자기 노이즈에 대한 새로운 연구를 언급하면서 "노이즈 결과를 설명하려는 시도가 여러 번 실패한 후 마침내 유레카 순간을 맞이하여 모노폴이 프랙탈 세계에 살고 있음이 틀림없다는 것을 깨달았습니다. 항상 가정했던 것처럼 3차원에서 자유롭게 움직이지 않습니다."

사실, 자기 소음에 대한 이 최신 분석은 단극의 세계가 3차원보다 덜, 정확하게는 2.53차원으로 보여야 한다는 것을 보여주었습니다! 독일 막스 플랑크 복잡계 물리학 연구소 소장인 Roderich Moessner 교수와 Castelnovo는 스핀 자체의 양자 터널링이 이웃 스핀의 활동에 따라 달라질 수 있다고 제안했습니다.

Hallén이 설명했듯이 "우리가 이것을 모델에 입력했을 때 프랙탈이 즉시 나타났습니다. 스핀의 구성은 단극이 이동해야 하는 네트워크를 생성했습니다. 네트워크는 정확히 올바른 차원을 가진 프랙탈로 분기되었습니다."

그런데 왜 오랫동안 이것을 놓쳤던 걸까요?

Hallén은 "이것은 우리가 일반적으로 생각하는 종류의 정적 프랙탈이 아닙니다. 대신에 단극의 움직임이 더 오랜 시간 동안 실제로 프랙탈을 지우고 다시 쓸 것입니다."라고 설명했습니다.

이로 인해 많은 기존 실험 기술에서는 프랙탈이 보이지 않게 되었습니다.

연구진은 라플라타 국립대학교(Universidad Nacional de La Plata)의 산티아고 그리게라(Santiago Grigera) 교수와 테네시 대학교의 앨런 ​​테넌트(Alan Tennant) 교수와 긴밀히 협력하여 이전 실험 연구의 의미를 밝히는 데 성공했습니다.

Grigera와 Tennant는 "프랙탈이 동적이라는 사실은 표준 열 및 중성자 산란 측정에서는 나타나지 않는다는 것을 의미합니다."라고 말했습니다. "소음이 단극의 움직임을 측정하고 있었기 때문에 마침내 발견되었습니다."