預示著新技術出現?磁單極子再獲突破:形成“磁單極子”複合體

預示著新技術出現?磁單極子再獲突破:形成“磁單極子”複合體

博科園:本文為量子物理學類

在理解被稱為磁單極子“準粒子”行為方面的突破,可能會促使替代電荷的新技術發展。肯特大學科學家們將量子物理學和經典物理學結合起來,研究磁性原子如何相互作用,從而形成被稱為“磁單極子”的複合物體。在研究自旋冰材料的基礎上,研究小組展示瞭如何通過翻轉單個磁性原子的方向,使單極子從自旋冰晶格的一個位置“跳躍”到另一個位置。

預示著新技術出現?磁單極子再獲突破:形成“磁單極子”複合體

儘管從理論上講,在低溫下,磁性原子沒有足夠的能量來做到這一點,但研究小組發現,當單極子到達晶格點時,會引起作用於周圍磁性原子磁場的變化,從而使它們能夠從“隧道”穿過能量屏障。

該大學物理科學學院的昆塔尼拉博士說:我們發現的證據表明,這種神秘低溫跳躍是通過量子隧穿實現的,這種現象能使量子物體克服一個障礙,根據經典物理定律,這個障礙需要的能量超過了系統所能提供的能量。

預示著新技術出現?磁單極子再獲突破:形成“磁單極子”複合體

研究證明了形成磁單極子的磁場是橫向的,這反過來促使隧道形成,研究計算了這種情況下的單極跳變率,發現它們與現有觀測結果基本一致。研究人員認為,更好地理解自旋冰材料中的單極子運動,可能會使未來基於移動磁單極子而不是電荷的技術成為可能。要了解磁單極子的低溫行為,包括不尋常的動力學特性和觀察量子相干時間演化的可能性。

預示著新技術出現?磁單極子再獲突破:形成“磁單極子”複合體

關鍵的一步是定量了解支撐磁單極子跳躍自旋翻轉過程,該研究在量子處理單離子的框架下處理這個問題,該問題受相鄰離子的晶體、交換和偶極場的影響。通過對基本量子力學機制的研究,從而發現了一個依賴於局域自旋構型的跳躍速率雙峰分佈,與實驗中提取的速率基本一致。同時發現一種更為明顯的時間尺度分離,這是多體動力學可能性的信號。

博科園|研究/來自:肯特大學

參考期刊《物理評論快報》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.067204

博科園|科學、科技、科研、科普


分享到:


相關文章: