Desde pequenos flocos de neve até o garfo irregular de um raio, não é difícil encontrar exemplos de fractais no mundo pure. Portanto, pode ser uma surpresa que, até agora, tenham permanecido alguns lugares em que esses padrões geométricos de repetição infinita nunca foram vistos.

Agora os físicos do MIT forneceram o primeiro exemplo conhecido de um arranjo fractal em um supplies quântico.

Os padrões foram vistos em uma distribuição inesperada de unidades magnéticas chamadas 'domínios', que se desenvolvem em um composto chamado óxido de neodímio-níquel – um steel de terras raras com propriedades extraordinárias.

Obter uma melhor compreensão desses domínios e de seus padrões pode levar a novas formas de armazenar e proteger informações digitais.

GettyImages 465641889Padrões fractais de ocorrência pure em brócolis Romanesco (Brassica oleracea) (Photopips / iStock)

E isso é muito authorized, porque o óxido de neodímio-níquel, ou NdNiO3, é coisa estranha.

Puxe uma peça do bolso e zape com uma corrente, e ela será conduzida com bastante facilidade. Coloque-o em nitrogênio líquido para que caia abaixo de uma temperatura crítica de cerca de 123 graus Celsius negativos (189 Fahrenheit negativos), e ele fechará a loja e se tornará um isolador.

Essa não é a única coisa que muda. Como o físico Riccardo Comin explica, "O supplies não é magnético a todas as temperaturas."

Claro, mesmo um pedaço de ferro magnetizado perderá seu talento para apontar para o norte se você o aquecer o suficiente, então isso não é tão estranho assim. Mas o óxido de neodímio-níquel não segue as regras usuais, portanto a maneira exata como seus elétrons caem em arranjos magnéticos tem sido um mistério.

O que sabemos é que, como a maioria dos materiais ferromagnéticos, os átomos do óxido de neodímio e níquel se unem como pequenos aglomerados de partículas magneticamente orientadas chamadas domínios.

Os domínios vêm em vários tamanhos e arranjos, dependendo das interações quânticas entre elétrons e seus átomos sob certas condições. Mas exatamente como eles emergem no óxido de neodímio-níquel, dada a sua natureza como condutor, iluminando a lua como isolante, period a grande questão.

"Queríamos ver como esses domínios surgem e crescem quando a fase magnética é atingida após o resfriamento do supplies", diz Comin.

Pesquisadores no passado espalhou raios-X pelo supplies para estudar suas estranhas propriedades eletromagnéticas flip-flopping na esperança de descobrir seus segredos elétricos.

Enquanto isso mostrava como o supplies distribui seus elétrons em diferentes temperaturas, o mapeamento do tamanho e da distribuição de seus domínios sob tais condições exigia uma abordagem mais focada.

"Portanto, adotamos uma solução especial que permite comprimir esse feixe em uma área muito pequena, para que possamos mapear, ponto a ponto, o arranjo dos domínios magnéticos nesse supplies". diz Comin.

Essa solução especial period tão antiga quanto inovadora – eles usavam a mesma tecnologia que muitos faróis antiquados empregam para canalizar a luz para um feixe estreito.

As lentes Fresnel são camadas empilhadas de um supplies transparente com sulcos que redirecionam a radiação eletromagnética. Enquanto as lentes dos faróis podem ter metros de comprimento, as que Comin e sua equipe desenvolveram tinham apenas 150 mícrons de largura.

O resultado final foi um feixe de raios X pequeno o suficiente para detectar a escala fina de domínios magnéticos através de uma fina película de óxido de níquel-neodímio produzido em laboratório.

A maioria desses domínios period pequena. Espalhados entre eles estavam alguns maiores. Porém, uma vez que os números foram triturados e um mapa desenhado, a distribuição de domínios maiores entre um mar de países minúsculos parecia estranhamente semelhante, independentemente da escala que você estivesse usando.

"O padrão do domínio foi difícil de decifrar no começo, mas depois de analisar as estatísticas da distribuição do domínio, percebemos que ele tinha um comportamento fractal". diz Comin.

"Foi completamente inesperado – foi um acaso".

Os materiais que podem atuar como condutor e isolador já desempenham um grande papel no mundo da eletrônica. Os transistores são baseados neste mesmo princípio.

Mas o óxido de neodímio-níquel tem outro truque na manga. O mesmo padrão fractal de domínios reaparece quando a temperatura cai novamente, quase como se tivesse algum tipo de memória sobre onde redesenhar suas bordas.

"Semelhante aos discos magnéticos nos discos rígidos giratórios, pode-se imaginar o armazenamento de bits de informação nesses domínios magnéticos" diz Comin.

De dispositivos resilientes de armazenamento de memória a neurônios artificiais, o óxido de neodímio-níquel certamente fará parte do quadro geral dos futuros eletrônicos.

Esta pesquisa foi publicada em Comunicações da natureza.

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