Um novo tipo de fractal foi descoberto no gelo magnético: WebCuriosos
Padrões fractais podem ser encontrados em todos os lugares, desde flocos de neve a relâmpagos e nas bordas irregulares da costa. Bonito de se ver, sua natureza repetitiva também pode inspirar insights matemáticos sobre o caos da paisagem física.
Um novo exemplo destas estranhezas matemáticas foi descoberto num tipo de substância magnética conhecida como spin ice, e pode ajudar-nos a compreender melhor como um comportamento peculiar denominado monopolo magnético emerge da sua estrutura instável.
Os spin ices são cristais magnéticos que obedecem a regras estruturais semelhantes às dos gelos de água, com interações únicas governadas pelos spins de seus elétrons, em vez do empurrão e puxão de cargas. Como resultado dessa atividade, eles não apresentam nenhum estado de baixa energia ou atividade mínima. Em vez disso, eles quase zumbem, mesmo em temperaturas incrivelmente baixas.
Um estranho fenômeno emerge desse zumbido quântico – características que agem como ímãs com apenas um pólo. Embora não sejam exatamente as hipotéticas partículas monopolo magnéticas que alguns físicos pensam que possam existir na natureza, elas se comportam de maneira suficientemente semelhante, o que faz com que valha a pena estudá-las.
Assim, uma equipe internacional de pesquisadores voltou recentemente sua atenção para um gelo giratório chamado titanato de disprósio. Quando pequenas quantidades de calor são aplicadas ao material, suas regras magnéticas típicas quebram e aparecem monopolos, com os pólos norte e sul se separando e agindo de forma independente.
Vários anos atrás uma equipe de pesquisadores identificou atividade monopolo magnética característica no zumbido quântico de um gelo giratório de titanato de disprósio, mas os resultados deixaram algumas questões sobre a natureza exata desses movimentos monopolos.
Neste estudo de acompanhamento, os físicos perceberam que os monopolos não se moviam com liberdade total em três dimensões. Em vez disso, eles estavam restritos a um plano de dimensão 2,53 dentro de uma rede fixa.
Os cientistas criaram modelos complexos em escala atômica para mostrar que o movimento monopolo estava restringido a um padrão fractal que era apagado e reescrito dependendo das condições e dos movimentos anteriores.
“Quando inserimos isso em nossos modelos, os fractais surgiram imediatamente”, diz o físico Jonathan Hallén da Universidade de Cambridge.
“As configurações dos spins estavam criando uma rede que os monopolos tinham que seguir. A rede estava se ramificando como um fractal com a dimensão exata.”
Este comportamento dinâmico explica por que os experimentos convencionais anteriormente não tinham percebido os fractais. Foi o ruído criado em torno dos monopolos que acabou revelando o que eles estavam realmente fazendo e o padrão fractal que seguiam.
“Sabíamos que havia algo realmente estranho acontecendo”, diz o físico Claudio Castelnovo da Universidade de Cambridge, no Reino Unido. “Os resultados de 30 anos de experimentos não batem certo.”
“Depois de várias tentativas fracassadas de explicar os resultados do ruído, finalmente tivemos um momento eureka, percebendo que os monopolos devem estar vivendo num mundo fractal e não se movendo livremente em três dimensões, como sempre foi assumido.”
Esses tipos de avanços podem levar a mudanças radicais nas possibilidades da ciência e na forma como materiais como gelo giratório podem ser usados: talvez em spintrônicaum campo de estudo emergente que poderia oferecer uma atualização de última geração nos eletrônicos que usamos hoje.
“Além de explicar vários resultados experimentais intrigantes que nos desafiam há muito tempo, a descoberta de um mecanismo para o surgimento de um novo tipo de fractal levou a uma rota totalmente inesperada para o movimento não convencional ocorrer em três dimensões,” diz o físico teórico Roderich Moessner do Instituto Max Planck de Física de Sistemas Complexos da Alemanha.
A pesquisa foi publicada em Ciência.
