Bose-Einstein kondensat:Magnetiske partikler opfører sig frastødende

Dataoverførsel, der fungerer ved hjælp af magnetiske bølger i stedet for elektriske strømme:For mange forskere har dette er grundlaget for fremtidige teknologier, der vil gøre transmission hurtigere og individuelle komponenter mindre og mere energieffektive. Magnoner, magnetismens partikler, fungere som bevægelige informationsbærere. For næsten 15 år siden, forskere ved universitetet i Münster (Tyskland) lykkedes for første gang at opnå en ny kvantetilstand af magnoner ved stuetemperatur-et Bose-Einstein-kondensat af magnetiske partikler, også kendt som en 'superatome', 'dvs. en ekstrem tilstand af stof, der normalt kun forekommer ved meget lave temperaturer.

Siden da, det har været mærkbart, at dette Bose-Einstein-kondensat forbliver rumligt stabilt-selvom teorien forudsagde, at kondensatet af magnoner, som er attraktive partikler, skulle kollapse. I en nylig undersøgelse, forskerne har nu for første gang vist, at magnonerne i kondensatet opfører sig frastødende, hvilket fører til stabilisering af kondensatet. "På denne måde, vi løser en mangeårig modsætning mellem teorien og eksperimentet, "siger professor Sergej O. Demokritov, der ledede undersøgelsen. Resultaterne kan være relevante for udviklingen af ​​fremtidige informationsteknologier. Undersøgelsen blev offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation .

Baggrund og metode:

Det særlige ved Bose-Einstein-kondensatet er, at partiklerne i dette system ikke adskiller sig fra hinanden og overvejende er i den samme kvantemekaniske tilstand. Tilstanden kan derfor beskrives ved en enkeltbølgefunktion. Dette resulterer, for eksempel, i egenskaber som f.eks. overflødighed som er kendetegnet ved dets nul -spredning under kondensatets bevægelse ved lave temperaturer. Bose-Einstein-kondensatet af magnoner er indtil videre et af de få såkaldte makroskopiske kvantefænomener, der kunne observeres ved stuetemperatur.

Tidligere har processerne i kondensatet var udelukkende blevet undersøgt i homogene magnetfelter - dvs. i magnetfelter, der er lige stærke på hvert punkt, og hvor feltlinjerne peger ensartet i en retning. Som tidligere, ved hjælp af en mikrobølge resonator, som genererede felter med frekvenser i mikrobølgeområdet forskerne ophidsede magnoner, der dannede et Bose-Einstein-kondensat. I det nuværende forsøg, de, imidlertid, indført en yderligere såkaldt potentiel brønd, som svarer til et inhomogent statisk magnetisk felt, som skaber kræfter, der virker på kondensatet. Dette gjorde det muligt for forskerne direkte at observere interaktionen mellem magnoner i kondensatet.

Til dette formål, de brugte en metode til Brillouin lysspredningsspektroskopi. Dette indebar registrering af den lokale densitet af magnonerne med sonderende laserlys fokuseret på overfladen af ​​prøven. På denne måde, forskerne registrerede den rumlige omfordeling af kondensatdensiteten ved forskellige forsøgsbetingelser. De indsamlede data gjorde det muligt for forskerne at drage den faste konklusion, at magnonerne i kondensatet interagerer på en frastødende måde, derved holder kondensatet stabilt.

Ud over, forskerne observerede to karakteristiske tider med spredning, dvs. spredning af energi og momentum fra kondensatet til andre tilstande. Tiden for momentumspredning - momentumet beskriver den mekaniske bevægelsestilstand for et fysisk objekt - viste sig at være meget lang. "Dette kan være det første eksperimentelle bevis for mulig magnetisk superfluiditet ved stuetemperatur, "understreger Sergej Demokritov.

Indtil nu, anvendelsen af ​​kondensater fra magnetiske partikler er hovedsageligt blevet vanskeliggjort af kondensatets korte levetid. "Vores erkendelse af bevægeligt kondensat og undersøgelse af magnontransport samt opdagelse af to forskellige tidspunkter viser, at levetiden ikke har noget at gøre med momentumdissipationen af ​​det bevægelige kondensat, "siger første forfatter Dr. Igor Borisenko. Resultaterne kunne derfor åbne nye perspektiver for magnon -applikationer i fremtidige informationsteknologier.