Ученые обнаружили фрактальные структуры в квантовом материале

pixabay.com

Фрактал — геометрическая фигура, которая обладает сложной структурой при любом увеличении внутри одного и тоже объекта. Это «самоподобие» можно увидеть повсюду в природе: края снежинки, речная сеть, жилки на папоротнике, разряды молнии.

Теперь физики из Массачусетского технологического института впервые обнаружили фрактальные структуры в квантовом материале со странными электронными и магнитными свойствами, возникающими в результате квантовых эффектов на уровне атомов.

Материал представляет собой оксид неодима-никеля или NdNiO3, редкоземельный металл, который, как ни парадоксально, может быть и электрическим проводником, и изолятором, в зависимости от его температуры. Материал также проявляет магнитные свойства, хотя ориентация его магнетизма неоднородна, и скорее напоминает лоскутное одеяло из «доменов». Каждый такой домен имеет свою собственную магнитную ориентацию и отличается по размеру и форме.

В своем исследовании ученые обнаружили фрактальную структуру в структуре таких доменов. Выяснилось, что распределение размеров доменов напоминает нисходящий уклон, отражающий большее количество маленьких доменов и маленькое количество больших. Когда исследователи увеличивали какую-либо часть в этой россыпи, скажем, кусочек доменов среднего размера, они наблюдали ту же самую «наклонную» схему с большим количеством меньших и, наоборот — больших доменов.

Как выяснилось, это же распределение встречается по всему материалу, независимо от диапазона размеров или масштаба, в котором оно наблюдается — качество, которое команда признала фрактальным по своей природе.

«Сначала домен было трудно расшифровать, но после анализа статистики распределения доменов мы поняли, что он имеет фрактальную структуру», — рассказал Риккардо Комин, доцент физики MIT. «Это была совершенно неожиданная случайность», — добавил он.

Исследователи изучают оксид неодима-никеля с целью различных применений, в том числе в качестве возможного строительного блока для нейроморфных устройств — искусственных систем, которые имитируют биологические нейроны. Так же, как нейрон, который может быть и активным, и неактивным, в зависимости от напряжения, которое он получает, NdNiO3 может быть и проводником, и изолятором. Как пояснил Комин, понимание наноразмерных магнитных и электронных текстур материала необходимо для разработки других материалов для подобных областей применения.

Ученые обнаружили фрактальные структуры в квантовом материале

Картина дня

Наши публикации