在磁冰中发现了一种新型分形：

从雪花到闪电再到海岸线的锯齿状边缘，分形图案无处不在。看起来很美，它们的重复性也可以激发对物理景观混乱的数学洞察力。

在一种称为自旋冰的磁性物质中发现了这些数学怪异的新例子，它可以帮助我们更好地理解称为磁单极子的古怪行为是如何从其不稳定的结构中出现的。

自旋冰是一种磁性晶体，它遵循与水冰相似的结构规则，具有受其电子自旋控制的独特相互作用而不是电荷的推拉。由于这项活动，他们没有任何一种单一的最低限度活动的低能量状态。相反，它们几乎发出嗡嗡声，即使在极低的温度下也是如此。

这种量子嗡嗡声中出现了一种奇怪的现象 – 其特性就像只有一个极的磁铁。虽然它们不完全是假设一些物理学家认为自然界中可能存在的磁单极子粒子，它们的行为非常相似，因此值得研究。

因此，一个国际研究小组最近将注意力转向了一种名为钛酸镝的自旋冰。当对材料施加少量热量时，其典型的磁规则会被打破并出现磁单极子，北极和南极分开并独立运作。

几年前，一组研究人员发现了标志性的磁单极子活动在钛酸镝自旋冰的量子嗡嗡声中，但结果对这些单极子运动的确切性质留下了一些疑问。

在这项后续研究中，物理学家意识到单极子并没有随着三个维度的完全自由。相反，它们被限制在固定晶格内的 2.53 维平面内。

科学家们在原子尺度上创建了复杂的模型，以表明单极子运动受到约束以分形模式编辑，该模式根据条件和先前的运动被擦除和重写。

“当我们将其输入我们的模型时，分形立即出现，”剑桥大学的物理学家 Jonathan Hallén 说。

“自旋的配置正在创建单极子必须继续移动的网络。该网络正在分支为具有完全正确尺寸的分形。”

这种动态行为解释了为什么传统实验以前错过了分形。正是单极子周围产生的噪音最终揭示了它们实际在做什么以及它们遵循的分形模式。

“我们知道发生了一些非常奇怪的事情，”大学的物理学家克劳迪奥卡斯特尔诺沃说英国剑桥大学。 “30 年的实验结果并不相符。”

“在多次尝试解释噪声结果失败后，我们终于灵光一现，意识到单极子一定是 li在一个分形世界中，而不是像一直假设的那样在三个维度上自由移动。”

这些突破可以导致科学可能性的逐步变化以及如何使用像自旋冰这样的材料：也许在自旋电子学，一个新兴的研究领域，可以为我们今天使用的电子产品提供下一代升级。

“除了解释几个长期以来一直挑战我们的令人费解的实验结果外，德国马克斯·普朗克复杂系统物理研究所的理论物理学家 Roderich Moessner 说：“发现一种新型分形出现的机制，导致了非常规运动在三维空间中发生的完全出乎意料的途径。”

该研究已发表在《科学》杂志上。