Newswise – ธรรมชาติและคุณสมบัติของวัสดุขึ้นอยู่กับขนาดเป็นอย่างมาก ลองนึกดูว่าชีวิตในโลกหนึ่งมิติหรือสองมิติจะแตกต่างจากโลกสามมิติที่เราคุ้นเคยกันอย่างไร ด้วยเหตุนี้ จึงไม่น่าแปลกใจ เศษส่วน – วัตถุที่มีมิติเป็นเศษส่วน – ได้รับความสนใจอย่างมากนับตั้งแต่มีการค้นพบ แม้จะดูแปลกตา แต่แฟร็กทัลก็ปรากฏขึ้นในสถานที่ที่น่าประหลาดใจ ตั้งแต่เกล็ดหิมะและสายฟ้าฟาดไปจนถึงแนวชายฝั่งธรรมชาติ
นักวิจัยจาก University of Cambridge, Max Planck Institute for Physics of Complex Systems ที่ Dresden, University of Tennessee และ Universidad Nacional de La Plata ได้ค้นพบเศษส่วนชนิดใหม่ทั้งหมดที่เกิดขึ้นในชั้นของแม่เหล็กที่เรียกว่า น้ำแข็งหมุน การค้นพบนี้น่าประหลาดใจเพราะเห็นแฟร็กทัลในผลึกสามมิติที่ใสสะอาด ซึ่งปกติแล้วจะไม่มีใครคาดคิดมาก่อน เศษส่วนที่โดดเด่นยิ่งกว่านั้นปรากฏในคุณสมบัติไดนามิกของคริสตัลและซ่อนอยู่ในคุณสมบัติคงที่ คุณลักษณะเหล่านี้ทำให้ชื่อของ “เศษส่วนไดนามิกที่เกิดขึ้นใหม่”
แฟร็กทัลถูกค้นพบในผลึกของดิสโพรเซียม ไททาเนต ซึ่งสปินของอิเล็กตรอนทำหน้าที่เหมือนแท่งแม่เหล็กเล็กๆ สปินเหล่านี้ทำงานร่วมกันผ่านกฎน้ำแข็งที่เลียนแบบข้อจำกัดที่โปรตอนสัมผัสในน้ำแข็ง สำหรับ dysprosium titanate สิ่งนี้นำไปสู่คุณสมบัติเฉพาะ
Jonathan Hallén จาก University of Cambridge เป็นนักศึกษาระดับปริญญาเอกและเป็นผู้เขียนนำงานวิจัยนี้ เขาอธิบายว่า “ที่อุณหภูมิสูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์เล็กน้อย คริสตัลจะก่อตัวเป็นของเหลวแม่เหล็ก” แต่นี่ไม่ใช่ของเหลวธรรมดา
“ด้วยความร้อนปริมาณเล็กน้อย พื้นที่จำนวนน้อยและขั้วเหนือและขั้วใต้ของพวกมันได้ทำลายกฎของน้ำแข็ง ทำให้เกิดการหมุนกลับที่ทำหน้าที่เป็นขั้วแม่เหล็กอิสระ”
การเคลื่อนที่ของโมโนโพลแม่เหล็กเหล่านี้นำไปสู่การค้นพบที่นี่ ดังที่ศาสตราจารย์ Claudio Castelnovo จากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์กล่าวว่า “เรารู้ว่ามีบางอย่างที่แปลกประหลาดกำลังเกิดขึ้น ผลการทดลอง 30 ปีไม่สมเหตุสมผลเลย”
อ้างถึงการศึกษาใหม่เกี่ยวกับเสียงแม่เหล็กจากโมโนโพลที่เผยแพร่เมื่อต้นปีนี้ Castelnovo กล่าวต่อว่า: “หลังจากความพยายามล้มเหลวหลายครั้งในการอธิบายผลลัพธ์ของเสียงรบกวน ในที่สุดเราก็มีช่วงเวลาที่ยูเรก้าและตระหนักว่าโมโนโพลต้องอาศัยอยู่ในโลกเศษส่วน และมันก็มี ถูกสมมติขึ้นเสมอ ๆ มันไม่ได้เคลื่อนที่อย่างอิสระในสามมิติเช่น
ในความเป็นจริง การวิเคราะห์สัญญาณรบกวนแม่เหล็กล่าสุดนี้แสดงให้เห็นว่าโลกขั้วเดียวจะต้องปรากฏน้อยกว่าสามมิติหรือมากกว่า 2.53 มิติจึงจะแม่นยำ! ศาสตราจารย์ Roderich Moessner และ Castelnovo ผู้อำนวยการสถาบันมักซ์พลังค์สำหรับฟิสิกส์ของระบบเชิงซ้อนในเยอรมนี ได้แนะนำว่าการขุดอุโมงค์ควอนตัมของสปินอาจขึ้นอยู่กับว่าสปินข้างเคียงกำลังทำอะไรอยู่
ดังที่ Hallén อธิบายว่า “เมื่อเราเพิ่มสิ่งนี้ลงในแบบจำลองของเรา แฟร็กทัลจะปรากฏขึ้นทันที การกำหนดค่าของสปินสร้างตาข่ายที่ยูนิโพลาร์ต้องเคลื่อนที่ไปรอบๆ ตาข่ายแตกแขนงออกเป็นแฟร็กทัลที่มีขนาดพอเหมาะ”
แต่ทำไมถึงถูกมองข้ามไปเนิ่นนาน?
Hallén กล่าวว่า “นี่ไม่ใช่เศษส่วนคงที่แบบที่เราคิดกันตามปกติ แต่การเคลื่อนที่ของ monopoles เป็นเวลานานจะลบและเขียนเศษส่วนใหม่” Hallen กล่าว
สิ่งนี้ทำให้เทคนิคการทดลองแบบดั้งเดิมหลายอย่างมองไม่เห็นเศษส่วน
การทำงานอย่างใกล้ชิดกับศาสตราจารย์ Santiago Grigera จาก Universidad Nacional de La Plata และ Alan Tennant จาก University of Tennessee นักวิจัยสามารถถอดรหัสความหมายของการศึกษาทดลองก่อนหน้านี้ได้
Grigera และ Tennant กล่าวว่า “ข้อเท็จจริงที่ว่าแฟร็กทัลเป็นไดนามิกหมายความว่าไม่ปรากฏในการวัดการกระเจิงของความร้อนและนิวตรอนมาตรฐาน” “ในที่สุดก็ตรวจพบสัญญาณรบกวนขณะวัดการเคลื่อนไหวของโมโนโพล”
เกี่ยวกับความสำคัญของผลลัพธ์ ศาสตร์ Moessner อธิบายในสัปดาห์นี้ว่า: “นอกเหนือจากการอธิบายผลการทดลองอันน่าประหลาดใจหลายอย่างที่ท้าทายเรามาเป็นเวลานานแล้ว การค้นพบกลไกที่ทำให้แฟร็กทัลชนิดใหม่ปรากฏขึ้นได้นำไปสู่เส้นทางที่คาดไม่ถึงอย่างสมบูรณ์สำหรับการเคลื่อนที่ที่ผิดปกติซึ่งเกิดขึ้นใน สามมิติ”
โดยรวมแล้ว นักวิจัยสนใจที่จะดูว่าคุณสมบัติอื่นๆ ของวัสดุเหล่านี้สามารถคาดการณ์หรืออธิบายได้อย่างไรในแง่ของความเข้าใจใหม่ๆ ที่งานของพวกเขามี รวมถึงการเชื่อมโยงกับคุณสมบัติที่น่าสนใจ เช่น โทโพโลยี ด้วยสปินิซ หนึ่งในตัวอย่างที่เข้าถึงได้มากที่สุดของแม่เหล็กทอพอโลยี Moessner กล่าวว่า “ความสามารถของน้ำแข็งที่หมุนได้เพื่อแสดงปรากฏการณ์ที่โดดเด่นเช่นนี้คือระบบทอพอโลยีหลายตัวที่เรียบง่าย”
#คนพบเศษสวนแบบไดนามกในครสตลแมเหลกทสะอาด
