Fraktálok

Fraktálnak hívunk minden olyan geometriai mintát, mely ismétlődően előfordul, különböző méretben és méretskálán, ugyanazon a dolgon belül. Ez az „ön-hasonlóság” az egész természetben megmutatkozik, például egy hópehely szélein, egy folyóban és mellékágaiban, a páfrány leveleinek erezetében, és a villámok által rajzolt elektromos ív alakjában.

A fraktálok hiperhatékonyak, lehetővé teszik a növények számára, hogy maximalizálják a napfénynek való kitettséget a szív- és érrendszernek pedig, hogy a lehető leghatékonyabban szállítsa az oxigént a test minden részébe.

Domének

A mágneses domén egy olyan tartomány a mágneses anyagon belül, melyben a mágnesezés egységes irányú. Ez azt jelenti, hogy az atomok egyes mágneses momentumai egymáshoz igazodnak, és ugyanabba az irányba mutatnak. A Curie-hőmérsékletnek nevezett hőmérséklet alá hűlve egy ferromágneses anyag mágnesezettsége spontán módon sok kis területre oszlik, az úgynevezett mágneses doménekre.

Az egyes tartományokon belüli mágnesezettség egységes irányba mutat, de a különböző tartományok mágnesezése különböző irányokba mutat. A mágneses doménszerkezet felelős a ferromágneses anyagok, például a vas, nikkel, kobalt és ötvözeteik, valamint ferromágneses anyagok, például ferrit viselkedéséért.

Az MIT fizikusai most először fedeztek fel fraktálszerű mintázatokat egy kvantum-anyagban, a neodímium-nikkel-oxid avagy NdNiO3-ban, ami furcsa elektronikus vagy mágneses viselkedést mutat a kvantumos, atomi léptékű hatások eredményeként.

A ritkaföldfém-nikkel, paradox módon hővezetőként és szigetelőként is működhet, a hőmérsékletétől függően, és mágneses is, bár mágnesességének orientációja nem egyenletesen oszlik el az anyagon belül, inkább egyfajta mágneses domén-patchworkre hasonlít. Minden domén az anyag egy meghatározott mágneses tájolású területét képviseli, a domének mérete és alakja pedig az anyag régióin keresztül változhat. A kísérletekhez használt minták a genfi ​​egyetem Triscone laboratóriumából származtak.

Hibátlan kvantumszámítógép még nincs, de a hiba nem feltétlenül jelent hátrányt A hibamentes kvantumberendezés épp olyan ritka mint a gyémánt, de azért ez is létezik, és a két dolog között nem ez az egyetlen kapcsolat.

Fraktálok mindenütt

A fraktálszerű mintát az anyag mágneses doménjeinek textúráján belül fedezték fel. Megállapították, hogy a doménméretek megoszlása ​​lefelé mutató lejtőre hasonlít, ami nagyobb számú kis méretű domén-területet és kisebb mennyiségű nagyméretű domén-területet tükröz. Ha a kutatók a teljes eloszlás bármely részét kinagyították, akkor ugyanazt a csökkenő mintát találták, nagyobb számú kisebb és kisebb számú nagyobb doménnel. 

Mint kiderült, ugyanez az eloszlás ismételten megjelenik az anyagban, függetlenül a mérettartománytól vagy a méretaránytól melyen megfigyelik, és a tulajdonságban a kutatók fraktál jelleget találtak.

"A domain mintázatot eleinte nehéz volt megfejteni, de miután elemeztük a domain eloszlás statisztikáját, rájöttünk, hogy annak fraktál-jellege van" - mondja Riccardo Comin, az MIT fizikai adjunktusa. - “Teljesen váratlan volt, szerencsés véletlen.”

Kvantumszámítógép szobahőmérsékleten Szobahőmérsékleten működő kvantumkapuk, összefonódás, szilárdtest üregekben csapdázott fotonok, egyszóval minden, ami ahhoz kell, hogy egyszer végre kiszabaduljanak a kvantumszámítógépek a túlméretezett fridzsiderekből.

Mire jó mindez?

Na de mi lehet a gyakorlati haszna mindennek? A neodímium-nikkel-oxidot különféle alkalmazásokhoz, többek között a neuromorf eszközök - a biológiai idegsejteket utánzó mesterséges rendszerek - lehetséges építőelemeként tartják számon. Ahogy az idegsejt lehet aktív és inaktív is, a kapott feszültségtől függően, az NdNiO 3 is lehet vezető vagy szigetelő. Comin szerint az anyag nanoméretű mágneses és elektronikus textúráinak megértése elengedhetetlen ahhoz, hogy hasonlóan viselkedő egyéb anyagokat tervezhessünk.

Mint ahogy gyakran előfordul, a kutatók most is röntgensugarakat használtak az anyag mágneses tulajdonságainak vizsgálatára, ez esetben alacsony energiájú röntgensugarakkal (lágy röntgensugarakkal) vizsgálták az anyag mágneses sorrendjét és konfigurációját. A vizsgálatokat a National Synchrotron Light Source II segítségével végezték el a Brookhaven Nemzeti Laboratóriumban, egy hatalmas, gyűrű alakú részecskegyorsítóban. Az így előállított lágy röntgensugarak fénysugarai az anyagok ma elérhető legfejlettebb jellemzésének eszközei.

A kutatók kifejlesztettek egy olyan új röntgen-fókuszáló lencsét is, melyet a világítótornyokban évszázadok óta használt megoldások alapján hoztak létre.

Isten konzolja, a kvantumszámítógép A kvantumfizika már eddig is alaposan felforgatta az életünket, szinte az összes mai elektronikai eszközünk és berendezésünk erre épül és ma is egy kvantumforradalom küszöbén állunk, szám szerint ez lehet majd a második ilyen a történelemben, és korántsem az utolsó.

Miniatürizált Fresnel-lencse

Új röntgenszondájuk a Fresnel-lencsére épül, ami egy összetett lencse mely számos üveglencséből készül oly módon elrendezve, hogy azok egyetlen ívelt lencseként működjenek. A világítótornyokban a Fresnel lencse több méteres is lehet, és arra használják, hogy a nagy fényerejű fényforrás által előidézett diffúz fényt egy irányított nyalábba fókuszálják, mely a hajókat irányítja a tengeren. Comin csapata hasonló lencsét gyártott, bár sokkal kisebb, körülbelül 150 mikron szélességben, hogy egy több száz mikron átmérőjű, körülbelül 70 nanométer széles lágy röntgensugarat fókuszáljon.

"Ennek a szépsége az, hogy a geometriai optika olyan koncepcióit használjuk, melyek évszázadok óta ismertek, és amelyeket világítótornyokban alkalmaztak, csak tízezred méretűre csökkentjük őket"

- mondta el Comin. Speciális röntgen-fókuszáló lencséjükkel a Brookhaven szinkrotron fényforrásával dolgozó kutatók a beérkező lágy röntgensugarakat egy vékony neodímium-nikkel-oxid filmre fókuszálták. Ezután a sokkal kisebb, nanoszkópikus röntgensugarat irányították a mintára, hogy pontról pontra feltérképezzék a mágneses domének méretét, alakját és orientációját. 

Nyílt hozzáférésű kvantumszámítógép A ma még nagyon ritka és nehezen elérhető felhő-alapú kvantumszámítástechnika egyre inkább a kvantumfeldolgozáshoz való hozzáférés alapvető módszerének számít. Most megérkezett az első nyílt hozzáférésű kvantumszámítás-kapacitás.

Váratlan kvantum-memória

Különböző hőmérsékleteken térképezték fel a mintát, megerősítve, hogy az anyag egy bizonyos kritikus hőmérséklet alatt mágnesessé vált, vagy mágneses doméneket képezett. E felett a hőmérséklet felett a domének eltűntek, és a mágneses rend gyakorlatilag törlődött. Érdekes módon, amikor a kutatók visszahűtötték a mintát a kritikus hőmérséklet alá, a mágneses domének szinte ugyanazon a helyen jelennek meg, mint korábban.

"Tehát kiderült, hogy a rendszernek memóriája is van. Az anyag megőrzi a mágneses bitek helyét. Ez is nagyon váratlan volt. Úgy gondoltuk, hogy egy teljesen új tartományeloszlást fogunk látni, de ugyanazt a mintát kaptuk meg újra, amivel indultunk, még akkor is, ha látszólag teljesen töröltük ezeket a mágneses biteket”

- mondta Comin. A kutatók ezek után megszámolták az adott méretű domének számát, és számukat a méret függvényében ábrázolták. A kapott eloszlás lefelé irányuló lejtőre hasonlított, és ezt a mintát újra és újra megtalálták, függetlenül attól, hogy melyik méretű domén-tartományra koncentráltak. "A legszembetűnőbb az volt, hogy ezek a mágneses minták fraktál jellegűek voltak" - mondja Li.

A megállított fény tárolása és mozgatása egy kvantumfizikai áttörés nyomán A fényt már sok mindenre rávettük, amit korábban lehetetlennek tartottunk. Meghajlítottuk, visszavertük, lelassítottuk, és a kutatók most annak is megtalálták a módját, hogy csapdába ejtsék a fényt, fizikailag tetszés szerint mozgassák, majd újra útjára engedjék.

Az anyag mágneses doménjeinek jobb megértése a nano-méretskálán, és a memória-jelenségek felfedezése hasznos lehet a mesterséges idegsejtek és rugalmas, mágneses adattároló eszközök létrehozásához.

"Hasonlóan a merevlemezek forgó mágnesezett tányérjaihoz korongjaihoz, elképzelhető, hogy ezekben a mágneses tartományokban is képesek lennénk információkat tárolni. Ha az anyagnak van egyfajta memóriája, akkor van egy olyan rendszerünk, ami robusztus védelemmel rendelkezik a külső zavaró hatások ellen, így az információ még akkor sem veszik el, ha például hőnek van kitéve" - summázta a jövő lehetőségeit Comin.

A kutatást egy nemzetközi csoport végezte, melyben az MIT, a Brookhaven Nemzeti Laboratórium (BNL), a Genfi Egyetem, a Purdue Egyetem és a Zürichi Egyetem kutatói vettek részt, és az amerikai Nemzeti Tudományos Alapítvány és a Sloan Research Fellowship támogatta.

(Forrás: Sciencealert Kép: Unsplash)

Ez is érdekelhet:

Meglepő kvantumhatást figyeltek meg, meglepően nagy méretskálán A kvantumos világ jelenségei jellemzően csak mikroszkopikus méretekben figyelhetőek meg és a kísérletek is ezen a méretskálán zajlanak, hiszen ha növelni kezdjük a méreteket, akkor a BEC-ekhez jutunk, melyek  áthidalják a kvantummechanika által irányított mikroszkopikus sík, és a makroszkopikus világ közötti szakadékot, ahol már nincsenek kvantumos jelenségek. Na ez a tétel sérült, egy új felfedezés nyomán.

Az Európai Szabadalmi Hivatal elutasította a világ első MI feltalálóját, (pedig két szuper ötlete is volt) Az európai szabadalmi hatóságok elutasították egy MI hivatalos feltalálóként való regisztrálásának kísérletét.

Kutatók létrehozták az első tartós, nagy távolságú kvantum-teleportációt A kutatás megalapozhatja a működőképes kvantum internetet, ami olyan hálózat lehet, melyben a qubitekben tárolt információt nagy távolságokon keresztül osztják meg kvantum-összefonódás útján, ami átalakíthatja az adattárolás, a precíziós érzékelés és a számítások elvégzésének területeit.