اكتشاف نوع جديد من نمط هندسي متكرر في الجليد المغناطيسي!

يمكن العثور على أنماط كسورية في كل مكان من رقاقات الثلج إلى البرق فالحواف الخشنة للخطوط الساحلية.

ومن الجميل أن تراه، فطبيعتها المتكررة يمكن أن تلهم أيضا رؤى رياضية في فوضى المشهد الطبيعي.

وقد تم الكشف عن مثال جديد لهذا الشذوذ الرياضي في نوع من المادة المغناطيسية المعروفة باسم الجليد الدوّار، ويمكن أن يساعدنا في فهم أفضل لكيفية ظهور سلوك غريب يسمى أحادي القطب المغناطيسي بسبب من بنيته غير المستقرة.

ويعد الجليد الدوّار عبارة عن بلورات مغناطيسية تخضع لقواعد هيكلية مماثلة لجليد الماء، مع تفاعلات فريدة يحكمها دوران إلكتروناتها بدلا من دفع الشحنات وسحبها. نتيجة لهذا النشاط، ليس لديها أي حالة واحدة منخفضة الطاقة من الحد الأدنى من النشاط. وبدلا من ذلك، فإنها تكاد تصدر صوت ضجيج، حتى في درجات الحرارة المنخفضة للغاية.

وتظهر ظاهرة غريبة من هذا الطنين الكمومي - خصائص تعمل مثل المغناطيس بقطب واحد فقط. وعلى الرغم من أنها ليست جسيمات أحادية القطب المغناطيسية الافتراضية التي يعتقد بعض علماء الفيزياء أنها قد تكون موجودة في الطبيعة، إلا أنها تتصرف بطريقة مماثلة بما يكفي تجعلها تستحق الدراسة.

إقرأ المزيد

هل الجاذبية تجعلك تتقدم في العمر بشكل أبطأ؟

لذلك حوّل فريق دولي من الباحثين انتباههم مؤخرا إلى جليد دوّار يسمى تيتانات الديسبروسيوم. وعندما يتم تطبيق كميات صغيرة من الحرارة على المادة، تنكسر قواعدها المغناطيسية النموذجية وتظهر أحاديات القطب، مع فصل القطبين الشمالي والجنوبي بحيث يعملان بشكل مستقل.

وقبل عدة سنوات، حدد فريق من الباحثين نشاطا مغناطيسيا أحادي القطب في الطنين الكمومي لجليد تيتانات الديسبروسيوم، لكن النتائج تركت بعض الأسئلة حول الطبيعة الدقيقة لهذه الحركات الأحادية القطب.

وفي دراسة المتابعة هذه، أدرك الفيزيائيون أن أحادية القطب لا تتحرك بحرية كاملة في ثلاثة أبعاد. بدلا من ذلك، تم تقييدها على مستوى 2.53 بعد داخل شبكة شعرية ثابتة.

وابتكر العلماء نماذج معقدة على المستوى الذري لإظهار أن الحركة الأحادية القطب كانت مقيدة بنمط كسوري تم محوه وإعادة كتابته اعتمادا على الظروف والحركات السابقة.

وكان الضجيج الذي تم إنشاؤه حول أحادي القطب هو الذي كشف في النهاية عما كانت تفعله بالفعل والنمط الكسوري الذي كانوا يتبعونه.

ويقول الفيزيائي كلاوديو كاستلنوفو، من جامعة كامبريدج في المملكة المتحدة: "كنا نعلم أن شيئا غريبا يحدث بالفعل".

ويمكن أن تؤدي هذه الأنواع من الاختراقات إلى تغييرات تدريجية في إمكانيات العلم وكيف يمكن استخدام مواد مثل الجليد الدوّار: ربما في الإلكترونيات السفلية، وهي مجال دراسة ناشئ يمكن أن يقدم ترقية من الجيل التالي للإلكترونيات التي نستخدمها اليوم.

ونشر البحث في مجلة Science.

المصدر: ساينس ألرت