Výskumníkom z MIT sa podarilo prvýkrát objaviť fraktálne vzory v kvantovom materiáli. Spozorovali ich v zmesi, ktorá má naozaj špeciálne vlastnosti, píše Science Alert.
Historicky prvý objav svojho druhu
Od snehových vločiek a mrakov až po rieky či blesky, prípady fraktálov nie je ťažké nájsť nielen v prírode. Ide o rôznorodé geometrické vzorce, ktoré sa na sebe opakujú v rôznych veľkostiach a mierkach.
Tímu fyzikov z MIT sa však najnovšie podarilo po prvýkrát v histórii objaviť fraktálne vzory aj v kvantovom materiáli, ktorý vykazuje neobvyklé elektrické alebo magnetické návyky ako výsledok kvantových či atómových dopadov.
Materiál so špeciálnymi vlastnosťami
Vzory boli spozorované v distribúcii magnetických jednotiek zvaných „domény“, ktoré sa vyvíjajú v zmesi neodymového oxidu nikelnatom (NdNiO3), čo je vzácny kov so špeciálnymi vlastnosťami. V závislosti od svojej aktuálnej teploty totiž môže pôsobiť ako elektrický vodič aj izolátor, a aj keď je magnetický, jeho magnetická orientácia nie je v celom materiáli rovnaká, ale vyzerá ako zloženie mozaiky z domén.
Každá doména tak predstavuje oblasť materiálu s vlastnou magnetickou orientáciou, a môže sa líšiť tvarom aj veľkosťou, píše Live Science.
Vo svojej štúdii vedci rozpoznali fraktálový vzor práve v tejto štruktúre domén, pričom zistili, že cirkulácia ich veľkostí vyzerá ako klesajúci svah, ktorý ukazuje veľa malých a menej veľkých domén. Ich pôvodný zámer však nebol objaviť v tejto štruktúre fraktálne vzory, ale zaujímalo ich práve pôsobenie teploty na zmeny v magnetických doménach materiálu.
Keď sa však výskumníci lepšie pozreli na akúkoľvek časť obehu domény, spozorovali ten istý zostupný vzorec. Táto cirkulácia sa objavuje v celom materiáli, a bez ohľadu na veľkosť či rozsah, v akom je pozorovaná, ju vedci označili za fraktálnu.
Využitie v elektronike ale aj v medicíne
„Doménový vzor bol spočiatku ťažko rozlúštiteľný, ale po analýze štatistík ich distribúcie sme si uvedomili, že má fraktálne správanie. Bolo to úplne neočakávané a náhodné.“, uviedol pomocný učiteľ fyziky na MIT, Riccardo Comin.
Materiály, ktoré sa dokážu správať ako vodič aj izolátor už však vo svete elektroniky zohrávajú veľkú rolu, a vedci aj naďalej neodymový oxid nikelnatý skúmajú, pretože by mohol byť využiteľný napríklad ako základ pre syntetické systémy, ktoré simulujú biologické nervové bunky.
Ako nervová bunka totiž môže byť aktívna aj neaktívna v závislosti od napätia, ktoré dostane, môže byť NdNiO3 pri určitých podmienkach vodičom alebo izolátorom. Podľa Comina je lepšie porozumenie magnetických a elektronických textúr v nanomateriáloch veľmi dôležité na pochopenie a vytvorenie ďalších produktov podobných rozsahov.
To však pri NdNiO3 nie je všetko. Pri znížení teploty materiálu sa na ňom totiž objaví rovnaký fraktálny vzorec, čo vyzerá, ako keby mal vlastnú pamäť, podľa ktorej sa vždy usporiada.
„Podobne ako magnetické disky na úložisku v pevnom disku, ukladanie bitov informácii je možné si predstaviť aj do týchto magnetických domén.“, povedal Comin. Od vývoju umelých neurónov až po prepracované pamäťové zariadenia tak neodymový oxid-nikelnatý do technológie budúcnosti určite patrí.