مقاله دینامیک دوگانه سیالات تک قطبی مغناطیسی

چکیده

A recent advance in the study of emergent magnetic monopoles was the discovery that monopole motion is restricted to dynamical fractal trajectories (J. Hallén et al, Science 378, 1218 (2022)) thus explaining the characteristics of magnetic monopole noise spectra (Dusad, R. et al. Nature 571, 234 (2019); Samarakoon, A. M. et al. Proc. Natl. Acad. Sci. 119, e2117453119 (2022)). Here we apply this new theory to explore the dynamics of field-driven monopole currents, finding them comprised of two quite distinct transport processes: initially swift fractal rearrangements of local monopole configurations followed by conventional monopole diffusion. This theory also predicts a characteristic frequency dependence of the dissipative loss-angle for AC-field-driven currents. To explore these novel perspectives on monopole transport, we introduce simultaneous monopole current control and measurement techniques using SQUID-based monopole current sensors. For the canonical material Dy2Ti2O7, we measure $Φ(t)$, the time-dependence of magnetic flux threading the sample when a net monopole current $J(t) = \dotΦ(t)/μ_0$ is generated by applying an external magnetic field $B_0(t)$. These experiments find a sharp dichotomy of monopole currents, separated by their distinct relaxation time-constants before and after $t \approx 600 μs$ from monopole current initiation. Application of sinusoidal magnetic fields $B_0(t) = Bcos(ωt)$ generates oscillating monopole currents whose loss angle $θ(f)$ exhibits a characteristic transition at frequency $f \approx 1.8$ kHz over the same temperature range. Finally, the magnetic noise power is also dichotomic, diminishing sharply after $t \approx 600 μs$. This complex phenomenology represents a new form of heterogeneous dynamics generated by the interplay of fractionalization and local spin configurational symmetry.

چکیده به فارسی (ترجمه ماشینی)

پیشرفت اخیر در مطالعه تک قطبی های مغناطیسی نوظهور این کشف بود که حرکت تک قطبی به مسیرهای فراکتالی دینامیکی محدود شده است (J. Hallén et al ، Science 378 ، 1218 (2022)) بنابراین خصوصیات طیف نویز تک قطب مغناطیسی را توضیح می دهد (Dusad ، R. و همکاران طبیعت 571 ، 234 (2019) ؛ ساماراکون ، A. M. و همکاران Proc. Natl. Acad. Sci. 119 ، E2117453119 (2022)).در اینجا ما این تئوری جدید را برای کشف پویایی جریانهای تک قطبی محور به کار می بریم ، و پیدا کردن آنها از دو فرآیند حمل و نقل کاملاً مجزا است: در ابتدا تنظیم مجدد فراکتال از تنظیمات یکپارچه محلی و به دنبال آن انتشار تک قطبی معمولی.این تئوری همچنین وابستگی فرکانس مشخصه ای از زاویه ضرر اتلاف را برای جریان های محور AC پیش بینی می کند.برای کشف این دیدگاه های جدید در مورد حمل و نقل تک قطبی ، ما تکنیک های کنترل و اندازه گیری جریان انحصاری همزمان را با استفاده از سنسورهای فعلی تک قطبی مبتنی بر ماهی مرکب معرفی می کنیم.برای مواد متعارف dy2ti2O7 ، ما $ φ (t) $ را اندازه گیری می کنیم ، وابستگی به زمان شار مغناطیسی که نمونه را در هنگام جریان تک قطبی خالص $ j (t) = \ dotφ (t)/μ_0 $ ایجاد می کند با استفاده از یک خارجی ایجاد می شود.میدان مغناطیسی $ b_0 (t) $.این آزمایشات یک دوگانگی تیز از جریانهای تک قطبی را پیدا می کند ، که توسط سازندگان زمان آرامش متمایز آنها قبل و بعد از $ t \ تقریبا 600 میکرومتر از شروع جریان انحصاری از هم جدا می شوند.استفاده از میدان های مغناطیسی سینوسی $ b_0 (t) = bcos (ωt) $ جریانهای تک قطبی نوسان را تولید می کند که زاویه ضرر $ θ (f) $ یک انتقال مشخصه را در فرکانس $ f \ تقریبا 1.8 $ kHz در همان محدوده دمای مشابه نشان می دهد.سرانجام ، قدرت نویز مغناطیسی نیز دوگانگی است و پس از T \ تقریباً 600 میکرومتر $ به شدت کاهش می یابد.این پدیدارشناسی پیچیده نشان دهنده شکل جدیدی از دینامیک ناهمگن است که توسط تعامل کسری و تقارن تنظیمات چرخش محلی ایجاد می شود.