Patrón Fractal en un Material Cuántico Confirmado Por Primera Vez

^{Imagen de: Arkadiusz Jadczyk}

^{Por Inés Urdaneta, física e investigadora de Resonance Science Foundation}

La palabra fractal se ha hecho cada vez más popular, aunque el concepto comenzó hace más de dos siglos, en el XVII, con el prominente y prolífico matemático y filósofo Gottfried Wilhelm Leibnitz. Se cree que Leibnitz abordó por primera vez la noción de autosimilitud recursiva, y no fue hasta 1960 que el concepto se estabilizó formalmente tanto teórica como prácticamente, mediante el desarrollo matemático y las visualizaciones computacionales de Benoit Mandelbrot, que se decidió por el nombre de "fractal".

Los fractales se definen principalmente por tres características:

1. Autosimilitud: formas idénticas o muy similares en todas las escalas.
2. Iteración: una relación recursiva limitada sólo por la capacidad del ordenador. Con un rendimiento suficientemente alto, las iteraciones podrían ser infinitas. Esto permite formas muy detalladas en todas las escalas, que se modifican con respecto a la primera iteración, manifestando la forma original en algunos niveles de iteración. Debido a esto, los fractales pueden tener propiedades emergentes, lo que los convierte en una herramienta adecuada para sistemas complejos.
3. Dimensión fractal, o dimensiones fraccionarias: describe la noción contraintuitiva de que una longitud medida cambia con la longitud de la vara usada para medir; cuantifica cómo el número de varas necesarias, por ejemplo, para medir una costa, cambia con la escala aplicada a la vara.

La dimensión fractal de una curva puede explicarse intuitivamente pensando en una línea fractal como un objeto demasiado detallado para ser unidimensional, pero demasiado simple para ser bidimensional [7].

^{Romanescu, el vegetal de geometría fractal}

Aunque los fractales hoy en día se utilizan comúnmente para describir el régimen macroscópico, como las ramas de un árbol, un brócoli, los vasos sanguíneos y muchos ejemplos, por primera vez los físicos del MIT han descubierto en un material cuántico patrones similares a los fractales. El material es el óxido de níquel neodimio o NdNiO3, un níquelato de tierras raras que dependiendo de su temperatura conduce la electricidad o actúa como aislante. También presenta un magnetismo no homogéneo: dominios o regiones con una orientación magnética específica que varían en tamaño y forma en todo el material. El material exhibe este peculiar comportamiento electrónico y magnético como resultado de los efectos cuánticos a escala atómica, y por esta razón se le llama material cuántico.

Los investigadores tuvieron que diseñar una lente muy especial de enfoque de rayos X para poder mapear el tamaño, la forma y la orientación de los dominios magnéticos punto por punto y a diferentes temperaturas, confirmando que el material formó dominios magnéticos por debajo de una cierta temperatura crítica. Por encima de esta temperatura, los dominios desaparecieron borrando el orden magnético. Sin embargo, enfriando la muestra por debajo de la temperatura crítica, los dominios magnéticos reaparecieron casi en el mismo lugar que antes. Esto significa que el sistema tiene memoria, lo cual fue muy inesperado. Se podría tener un sistema robusto contra las perturbaciones externas, incluso si se somete a calor, de tal manera que la información no se pierda.

En segundo lugar, después de cartografiar los dominios magnéticos del material y medir el tamaño de cada dominio, los investigadores contaron el número de dominios de un tamaño determinado y trazaron su número en función del tamaño. La distribución resultante mostró el mismo patrón una y otra vez, sin importar el rango de tamaño de los dominios en el que se centraron. Encontraron que estos patrones magnéticos tienen una naturaleza fractal.

"Fue completamente inesperado - fue una serendipia."- Riccardo Comin, Profesor Asistente de Física en el MIT.

Debido a que el material actúa como aislante o conductor dependiendo de la temperatura, los científicos están explorando el óxido de níquel neodimio para los dispositivos neuromórficos - dispositivos que imitan las neuronas biológicas. Aquí, la temperatura desempeñaría el papel de la tensión en el sistema biológico, que está activo o inactivo dependiendo de la tensión que recibe. Otra aplicación potencial son los resistentes dispositivos magnéticos de almacenamiento de datos.

Los resultados han sido publicados recientemente en la revista Nature Communications.

RSF en perspectiva:

La fractalidad es una propiedad fundamental en el marco de la física unificada. En lugar de intentar ver hasta dónde llega la división en la materia (como colisionar partículas para llegar a lo más pequeño o fundamental), la intuición de Haramein dice que debemos buscar en cambio el patrón fundamental de división del espacio. Gracias a ello, el modelo holográfico generalizado encuentra la solución a la gravedad cuántica, que ha permitido calcular el radio de carga del protón con una precisión experimental (mientras que el modelo estándar se equivoca en un 4%).  Otras implicaciones para este patrón de división del espacio, que tienen que ver con la fractalización del espacio y la aparición de masas, fuerzas y campos por lo  su teoría pasa a ser holofractográfico. Su último trabajo, titulado Scale invariant Unification of forces, fields and particles, in a quantum vacuum plasma (Invarianza bajo escalas en la unificación de campos, fuerzas y partículas en el plasma del vacío cuántico), que se publicará próximamente, aporta las ecuaciones fractales que explican la invarianza bajo escalas de muchas propiedades y comportamientos de la naturaleza, entre ellos, el que se menciona en este artículo.

⁷David Harte (Multifractals. Chapman & Hall. pp. 3-4. ISBN 978-1-58488-154-4.)