RAMBO rivela al fisico di Rice un fenomeno magnetico utile per la simulazione e il rilevamento quantistico

A volte le cose sono semplicemente fuori controllo e risulta esattamente ciò di cui hai bisogno.

Questo è stato il caso in cui i cristalli di ortoferrite sono apparsi leggermente nel laboratorio della Rice University. Questi cristalli sono diventati inavvertitamente la base di una scoperta che dovrebbe entrare in risonanza con i ricercatori che studiano l’elettronica basata su x. Tecnologia quantistica.

Il fisico del riso Junichiro Kono, il laureato Takuma Makihara ei loro collaboratori hanno scoperto che l’ortoferrite, in questo caso l’ossido di ferro di ittrio, posto in un campo magnetico elevato, ha dimostrato interazioni uniche e molto forti tra i magnoni nel cristallo.

Le ortoferriti sono cristalli di ossido di ferro con l’aggiunta di uno o più elementi di terre rare.

I magnoni sono quasiparticelle, strutture fantasma che rappresentano l’eccitazione collettiva di uno spin elettronico in un reticolo cristallino.

Quello che l’uno dovrebbe fare con l’altro è la base dello studio che appare in Nature CommunicationsKono e il suo team descrivono un insolito accoppiamento tra due magneti controllati dalla risonanza inversa, in cui entrambi i magneti guadagnano o perdono energia contemporaneamente.

Normalmente, quando due oscillatori risonanti sono accoppiati, ha detto Kono, uno guadagna energia a scapito dell’altro, il che preserva la potenza totale.

Ma nell’accoppiamento contro-risonante (o contro-rotazione), entrambi gli oscillatori possono guadagnare o perdere energia simultaneamente interagendo con un vuoto quantistico, il campo di punto zero previsto dalla meccanica quantistica.

Pensalo come un’oscillazione effimera che può essere costretta ad accovacciarsi nel mezzo.

Makihara e co-autori Kenji Hayashida dell’Università di Hokkaido e il fisico Motwaki Bamba dell’Università di Kyoto hanno utilizzato questa scoperta per dimostrare teoricamente il potenziale di una significativa pressione quantistica nello stato fondamentale del sistema accoppiato Magnon-Magnon.

Nel caso della compressione, ha detto Kono, la quantità di oscillazione o rumore può essere soppressa per una quantità misurabile associata ai magneti, aumentando contemporaneamente il rumore di un’altra quantità. “È correlato al principio di indeterminazione di Heisenberg in cui un insieme di variabili è correlato, ma se provi a misurarne uno con precisione, perdi informazioni sull’altro. Se fai clic su uno, l’incertezza sull’altro aumenta.

Disse: “Di solito, per creare una condizione di pressione quantistica, si deve guidare il sistema con forza con un raggio laser. Ma il sistema Tacoma è intrinsecamente compresso; cioè, può essere descritto come uno stato già compresso”. “Questo potrebbe diventare una piattaforma utile per applicazioni di rilevamento quantistico”.

Makihara ha detto che lo stato unico si ottiene attraverso un forte campo magnetico come quello utilizzato in Risonanza magnetica Fotografia. Il campo applica la coppia a Momenti magnetici Negli atomi, in questo caso atomi di ortoferrite. Questo lo ruota (o lo sposta).

Ciò richiede un campo forte. RAMBO del Kono Lab – un magnete per riso avanzato con ottica a banda larga – è uno spettrofotometro unico sviluppato con il fisico Hiroyuki Nogiri della Tohoku University che consente ai ricercatori di esporre materiali criogenici quasi allo zero assoluto in forti campi magnetici fino a 30 Tesla con impulsi super laser. il Palazzo. .

“Stavamo dicendo: ‘Cosa possiamo studiare con Rambo?”, Ha detto Makihara, che ora è uno studente laureato alla Stanford University. Quale nuova fisica esiste in questo sistema unico? “ Gli arthrofretes hanno questi magnoni che convertono fino a 30 Tesla e frequenze in un sistema terahertz. Le misurazioni iniziali non erano così interessanti.

“Ma poi abbiamo ricevuto cristalli (coltivati ​​da un fisico dell’Università Chixon Kao di Shanghai e dal suo gruppo) che non avevano una faccia perfettamente parallela”, ha detto. “Erano un po ‘tagliati ad angolo. Un giorno, abbiamo caricato il cristallo sul magnete con un angolo in modo che il campo magnetico non fosse applicato lungo l’asse del cristallo.

“Ci aspettavamo che la frequenza del magnete si spostasse solo con il campo magnetico, ma quando è stato inclinato, abbiamo visto un piccolo spazio vuoto”, ha detto Makihara. “Quindi, dopo aver discusso questo risultato con il professor Pampa, abbiamo richiesto esplicitamente cristalli che fossero tagliati a diverse angolazioni e misurati, e abbiamo visto questo enorme grado di resistenza incrociata. Questa è la firma dell’accoppiamento super forte”.

I ricercatori notano che la risonanza inversa è sempre presente nelle interazioni tra materia leggera e materia, ma è una presenza secondaria rispetto all’interazione risonante predominante. Questo non era il caso delle ortoferriti studiate da Kono Lab.

Esponi l’oggetto a Campo magnetico elevato Il cristallo è inclinato rispetto alla risonanza anti-campo pari e anche oltre la risonanza.

Se vengono introdotti campi magnetici rotanti aggiuntivi (ad esempio, da luce polarizzata circolarmente), allora i momenti precedenti interagiscono fortemente con i campi rotanti con i momenti (campi co-rotanti), mentre interagiscono debolmente con i campi che ruotano nella direzione opposta ( campi contatore).

Nella teoria quantistica, ha detto Pampa, queste presunte interazioni portano a strane interazioni in cui i sottosistemi di luce e materia possono guadagnare o perdere energia allo stesso tempo. Le interazioni tra momenti magnetici e campi controrotanti hanno risonanza inversa e di solito hanno scarso effetto. Tuttavia, nel sistema accoppiato materia studiato in Rice, le contro reazioni risonanti possono essere rese dominanti.

“La forza delle reazioni di co-spin e della rotazione opposta è di solito una costante costante nel sistema, e gli effetti delle reazioni di co-spin dominano sempre sulle reazioni di contro-spin”, ha detto Kono. “Ma questo sistema è controintuitivo dato che ci sono due forze di accoppiamento indipendenti, e possono essere incredibilmente sintonizzate dall’orientamento del cristallo e dall’intensità del campo magnetico. Possiamo creare una nuova situazione in cui gli effetti dei termini opposti sono più dominanti dei termini alternati.

“Nei sistemi di materia leggera, quando le frequenze della luce e della materia sono uguali, si mescolano per formare il polaritone”, ha detto. “Qualcosa di simile accade nel nostro caso, ma è tra materia e materia. Due modalità si ibridano. C’è una domanda di vecchia data su cosa succede quando il grado di ibridazione diventa così alto da superare l’energia di risonanza”.

Ha detto: “In un tale sistema, ci si aspetta che si verifichino strani fenomeni a causa di reazioni avverse, tra cui lo stato di vuoto compresso e la transizione di fase a un nuovo stato in cui i campi statici appaiono automaticamente”. E abbiamo scoperto che possiamo ottenere tali condizioni regolando il campo magnetico.

Il nuovo studio rafforza gli sforzi del team di Kono per monitorare la transizione di fase del gallo super radioattivo, un fenomeno che potrebbe creare un nuovo strano stato della materia e portare a progressi nella memoria quantistica e nella trasduzione. Il laboratorio ha trovato un approccio promettente alla sua indagine sulla coniugazione materia-materia nel 2018, riportando la sua scoperta in Scienza.

La scoperta dimostra anche che l’ortoferrite in un campo magnetico può funzionare come un simulatore quantistico, un sistema quantistico semplice e altamente sintonizzabile che rappresenta un sistema più complesso con un numero difficile di particelle interagenti o un sistema di parametri che non è sperimentalmente accessibile, ha detto Kono.

L’accoppiamento Magnon-magnon comprimibile può essere utilizzato nelle ortoferriti per fornire informazioni sulla natura dello stato fondamentale dell’ibrido di materia leggera accoppiato molto forte.

Kono ha detto che le loro scoperte stimoleranno anche una ricerca di più materiali che dimostrino l’effetto. “Le ferriti delle terre rare sono una grande famiglia di materiali e abbiamo studiato solo una sostanza”, ha detto.