Når kollektive spins i et system med dobbelt domæne slapper af mod en negativ temperatur

Et team af forskere fra flere institutioner i Japan har beskrevet et fysisk system, der kan beskrives som eksisterende over "absolut hot" og også under absolut nul. I deres papir offentliggjort i tidsskriftet Fysisk gennemgangsbreve , gruppen skitserer deres ideer om kollektive spins i dobbeltdomænesystemer og de interessante situationer, der kan opstå inden for dem.

Begrebet temperatur har udviklet sig over en meget lang periode, fra beskrivelser af enkle sanser til teoretiske tilstande i fysiske systemer. I deres papir, forskerne med denne nye indsats beskriver deres undersøgelse af afslapning i dobbelt kollektive spins i et dobbelt domænesystem og nogle konfigurationer, der kan resultere under visse ekstreme omstændigheder. Af særlig interesse er situationer, der involverer spin -domæner i antiparallelle konfigurationer, hvilken, når den er i ubalance, kan ende med at slappe af mod en negativ temperatur. Ved første øjekast, sådan en forekomst ville virke umulig, fordi det tyder på, at der er en omstændighed, hvor en smule materiale kan afkøles til under absolut nul, hvilken, selvfølgelig, går imod den nuværende forståelse - men teori antyder, at det er muligt.

Ideen om en negativ temperaturtilstand bruges af forskerne som en forklaring på en forekomst i den virkelige verden - befolkningsinversion, hvor atomer skubbes fra et lavere energiniveau til et højere energiniveau og derefter får lov til at falde tilbage, resulterer i lysemission. Sådan fungerer laserpegere. Da fysikere opdagede, at en sådan ejendom var mulig, de tog et andet kig på spin, som giver atomer deres magnetiske egenskaber, og fandt ud af, at spinsystemer kunne lokkes til at opføre sig på flere måder, end man troede var muligt - nogle har endda vist sig at blive omvendt, hvilket kunne føre til et system, der flyder naturligt opad i energiniveauer.

I denne nye indsats, forskerne rapporterer muligheden for lommer med atomer, to i dette tilfælde, at have spins, der deler et reservoir, og som har en fast temperatur. Når de to lommer er af samme størrelse, matematikken viste, halvdelen af ​​spinsen ender i en højere tilstand, og den anden halvdel i den lavere tilstand. Men når lommerne er forskellige størrelser, spinnene ender med at strømme mod den højere tilstand, gør den ene lomme mere omvendt end den anden, fører til ideen om negative temperaturer.

© 2018 Phys.org