Sciencemag.cz
Doporučujeme
Monopóly, spinový led, neceločíselná dimenze 2,53 a řada dalších podivností.
Vědci z University of Cambridge, Ústavu Maxe Plancka pro fyziku komplexních systémů v Drážďanech, University of Tennessee a Universidad Nacional de La Plata odhalili nový typ fraktálu, který se objevuje ve speciální skupině magnetů, tzv. spinových ledech. Objev byl dle jeho autorů překvapivý, protože fraktály byly pozorovány v běžném trojrozměrném krystalu, kde by je čekal málokdo. Ještě zajímavější je, že fraktály jsou patrné v dynamických vlastnostech krystalu a při statickém pohledu se naopak skrývají. Pro celý jev vymysleli autoři studie označení „emergentní dynamický fraktál“ (emergent dynamical fractal).
Spinový led znamená uspořádání magnetických dipólů, které se řetězí do složitých křivek. „Led“ se tomu říká proto, že má jít o podobné uspořádání, jako mají protony (jádra vodíku) v běžné zmrzlé vodě; lze snad říct, že obě struktury jsou také důsledkem podobných omezujících podmínek.
Spinovým ledem byla v rámci experimentu sloučenina Dy2Ti2O7 (dysprosium titanate, protože dysprosium má mít pouze oxidační číslo III, tak titaničitan), což je mimochodem materiál, v němž před asi 13 lety měly být detekovány magnetické monopóly. Což bylo posléze zase zpochybněno. S magnetickými monopóly ovšem souvisí i nový objev.
Když k materiálu za teploty blízko absolutní nuly dodáme nepatrné množství tepla, „pravidla ledu se na malém počtu míst rozbijí; severní a jižní pól, tvořící převracející se spin, se od sebe oddělí a putují jako nezávislé magnetické monopóly,“ uvádí hlavní autor Jonathan Hallén z University of Cambridge (poznámka: ne že by top pro laika bylo zrovna srozumitelné). Problém ale dosud nespočíval v neschopnosti popsat pohyb těchto monopólů a související „magnetický šum“. A výsledek? „Po několika neúspěšných pokusech vysvětlit výsledky šumu jsme si uvědomili, že monopóly musí žít ve svém vlastním fraktálním světě a nepohybují se volně ve třech rozměrech, jak se předpokládalo dříve,“ dodává další z autorů výzkumu Claudio Castelnovo (rovněž University of Cambridge). Svět těchto magnetických monopólů má 2,53 rozměru: právě takový rozměr má totiž fraktál, který pohyb magnetických monopólů omezuje. Tato síť a její větvení a další vlastnosti je výsledek konfigurace jednotlivých spinů (poznámka: opět, co si pod tím konkrétně představit?).
Nejde ovšem o statický fraktál. Místo toho v delších časových úsecích pohyb monopolů fraktál přepisuje a jeho starší části vymazává. Tím se fraktál stal neviditelným pro mnoho běžných experimentálních technik a na jeho objev jsme si museli počkat až doteď.
Jonathan N. Hallén, Dynamical fractal and anomalous noise in a clean magnetic crystal, Science (2022). DOI: 10.1126/science.add1644
Zdroj: University of Cambridge / Phys.org a další
Poznámka: K exotickým magnetickým monopólům přidáme nějakou další exotickou věc, dynamický fraktál. Laik může jen pokývat hlavou, ale zní to celé hezky, to zas ne že ne.
