भग्न पैटर्न हर जगह बर्फ के टुकड़े से लेकर बर्फ के टुकड़े तक पाए जा सकते हैं बिजली चमकना समुद्र तटों के दांतेदार किनारों के लिए। देखने में सुंदर, उनकी आवर्ती प्रकृति परिदृश्य की अराजकता में गणितीय अंतर्दृष्टि को भी प्रेरित कर सकती है।
इस गणितीय विसंगति का एक नया उदाहरण एक प्रकार की चुंबकीय सामग्री में सामने आया है जिसे स्पिन आइस के रूप में जाना जाता है, और यह हमें बेहतर ढंग से समझने में मदद कर सकता है कि कैसे चुंबकीय मोनोपोल नामक एक अजीब व्यवहार इसकी अस्थिर संरचना से उभरता है।
स्पिन चुंबकीय क्रिस्टल होते हैं जो पानी की बर्फ के समान संरचनात्मक नियमों का पालन करते हैं, जिसमें उनके इलेक्ट्रॉनों के स्पिन द्वारा नियंत्रित अद्वितीय इंटरैक्शन होते हैं, न कि आवेशों को धकेलने और खींचने के बजाय। इस गतिविधि के परिणामस्वरूप, उनके पास न्यूनतम गतिविधि की एक भी निम्न-ऊर्जा स्थिति नहीं है। इसके बजाय, वे बेहद कम तापमान पर भी लगभग शोर करते हैं।
इस क्वांटम अनुनाद से एक अजीब घटना उभरती है – ऐसे गुण जो केवल एक ध्रुव के साथ चुम्बक की तरह काम करते हैं। जबकि ये पूरी तरह से वर्चुअल नहीं होते हैं चुंबकीय एकध्रुवीय कण कुछ भौतिक विज्ञानी सोचते हैं कि यह प्रकृति में मौजूद हो सकता है, यह अध्ययन के लायक बनाने के लिए समान तरीके से व्यवहार कर सकता है।
तो शोधकर्ताओं की एक अंतरराष्ट्रीय टीम ने हाल ही में डिस्प्रोसियम टाइटेनेट नामक कताई बर्फ पर अपना ध्यान केंद्रित किया। जब सामग्री पर थोड़ी मात्रा में गर्मी लागू की जाती है, तो इसके विशिष्ट चुंबकीय आधार टूट जाते हैं और मोनोपोल दिखाई देते हैं, उत्तरी और दक्षिणी ध्रुव अलग हो जाते हैं और स्वतंत्र रूप से काम करते हैं।
कई साल पहले शोधकर्ताओं की एक टीम ने डिस्प्रोसियम टाइटेनेट की कताई बर्फ के क्वांटम अनुनाद में अलग-अलग एकध्रुवीय चुंबकीय गतिविधि की पहचान की है, फिर भी परिणाम इन एकध्रुवीय गतियों की सटीक प्रकृति के बारे में कुछ प्रश्न छोड़ते हैं।
इस अनुवर्ती अध्ययन में, भौतिकविदों ने महसूस किया कि एकध्रुव उनके साथ नहीं चलते हैं तीन आयामों में कुल स्वतंत्रता. इसके बजाय, वे एक निश्चित जाली के भीतर 2.53 आयाम स्तर तक ही सीमित थे।
वैज्ञानिकों ने यह दिखाने के लिए परमाणु स्तर पर जटिल मॉडल बनाए कि एकध्रुवीय गति एक भग्न पैटर्न द्वारा विवश थी जिसे मिटा दिया गया था और पिछली स्थितियों और गतियों के आधार पर फिर से लिखा गया था।
“जब हमने इसे अपने मॉडलों में डाला, तो भग्न तुरंत दिखाई दिए,” भौतिक विज्ञानी जोनाथन हॉलन कहते हैं कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय से।
“स्पिन के विन्यास एक नेटवर्क बना रहे थे जिसे मोनाड्स को नेविगेट करना था। नेटवर्क सिर्फ सही आयाम का एक ब्रांचिंग फ्रैक्टल था।”
यह गतिशील व्यवहार बताता है कि फ्रैक्टल्स को पहले शास्त्रीय प्रयोगों द्वारा क्यों अनदेखा किया गया था। यह मोनोपोल के आसपास बनाया गया प्रचार था जिसने अंततः खुलासा किया कि वे वास्तव में क्या कर रहे थे और फ्रैक्टल पैटर्न वे अनुसरण कर रहे थे।
“हम जानते थे कि वास्तव में कुछ अजीब चल रहा था,” उन्होंने कहा। भौतिक विज्ञानी क्लाउडियो Castelnovo कहते हैं यूनाइटेड किंगडम में कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय से। “30 साल के प्रयोग के नतीजे काम नहीं आए।”
“शोर के परिणामों की व्याख्या करने के कई असफल प्रयासों के बाद, अंत में हमारे पास एक यूरेका क्षण था, यह महसूस करते हुए कि मोनोपोल को भग्न दुनिया में रहना चाहिए और तीन आयामों में स्वतंत्र रूप से नहीं चलना चाहिए, जैसा कि हमेशा माना जाता है।”
इस प्रकार की सफलताओं से विज्ञान की संभावनाओं में वृद्धिशील परिवर्तन हो सकते हैं और कैसे स्पिन आइस जैसी सामग्री का उपयोग किया जा सकता है: संभवतः spintronicsअध्ययन का एक उभरता हुआ क्षेत्र जो आज हमारे द्वारा उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रॉनिक्स पर अगली पीढ़ी के उन्नयन की पेशकश कर सकता है।
“लंबे समय से हमें चुनौती देने वाले कई पेचीदा प्रायोगिक परिणामों की व्याख्या करने के अलावा, एक नए प्रकार के भग्न के उद्भव के लिए एक तंत्र की खोज ने तीन आयामों में होने वाली अपरंपरागत गति के पूरी तरह से अप्रत्याशित प्रक्षेपवक्र को जन्म दिया है,” सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी रोडेरिच मॉस्नर कहते हैं जर्मनी में मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर द फिजिक्स ऑफ कॉम्प्लेक्स सिस्टम्स से।
में प्रकाशित शोध विज्ञान.
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