RAMBO, físico de Rice, revela fenómenos magnéticos útiles para la simulación y la detección cuántica.
A veces las cosas son un poco raras, pero los resultados son exactamente lo que necesitas.
Este es el caso de los cristales de ortoferrita descubiertos en un laboratorio de la Universidad de Rice que presentan ligeras dislocaciones. Sin darse cuenta, los cristales se convirtieron en la base de un descubrimiento que debería tener * * * implicaciones para los investigadores que estudian tecnologías cuánticas basadas en la espintrónica.
El físico de Rice Junichiro Kono, el ex alumno Takuma Makihara y sus colaboradores descubrieron un material de ortoferrita, en este caso óxido de hierro ytrio, que cuando se coloca en un campo magnético elevado, las niñas en cristales muestran interacciones súper fuertes únicas y sintonizables. unos con otros.
La ortoferrita es un cristal de óxido de hierro al que se le han añadido uno o más elementos de tierras raras.
Los magnones son cuasipartículas, estructuras fantasma que representan la excitación colectiva de los espines de los electrones en una red cristalina.
La relación entre ambos es la base de un estudio publicado en la revista Nature Communications. En este estudio, Kono y su equipo describen un acoplamiento inusual entre dos magnones dominados por vibraciones anti**, a través del cual ambos magnones ganan o pierden energía simultáneamente.
A menudo, cuando se acoplan dos osciladores, uno gana energía a expensas del otro, ahorrando energía total, dijo Curnow.
En el acoplamiento antioscilatorio (o de inversión), dos osciladores pueden ganar o perder energía al mismo tiempo mediante la interacción con el vacío cuántico. La mecánica cuántica predice la existencia de un campo cero.
Puedes considerarlo como un balancín corto con una curvatura forzada en el medio.
Makihara y Kenji Hayashida de la Universidad de Hokkaido y el físico Motoaki Bomba de la Universidad de Kioto utilizaron este descubrimiento para demostrar teóricamente la posibilidad de una compresión cuántica significativa en el estado fundamental de un sistema acoplado imán-magnético.
Kono dijo que en el estado comprimido, es posible suprimir las fluctuaciones en la cantidad de ruido que es medible o relacionado con el sub Magna, mientras que suprime la cantidad de ruido que aumenta en otra cantidad. "Está relacionado con el principio de incertidumbre de Heisenberg, donde un conjunto de variables están relacionadas, pero si intentas medir una exactamente, pierdes información sobre la otra. Si aprietas una de ellas, la incertidumbre de la otra aumenta". >
"Por lo general, para crear estados cuánticos comprimidos, se debe utilizar un rayo láser para impulsar el sistema con fuerza. Pero el sistema de Takuma Sato está esencialmente exprimido; en otras palabras, se puede decir que es un país que ha sido exprimido. ""Esto podría convertirse en una plataforma útil para aplicaciones de detección cuántica".
Makihara dijo que este estado único se logra a través de un fuerte campo magnético similar a las imágenes de vibración magnética. El campo magnético ejerce una rotación sobre el momento magnético de los átomos. El momento, en este caso, es el momento magnético de las ortoferritas, lo que hace que giren (o precedan), lo que requiere un campo fuerte de la óptica avanzada de banda ancha Rambos-Rice de Kono Labs. El imán es un espectrómetro único. desarrollado con el físico Hiroyuki Nojiri de la Universidad de Tohoku en Japón que permite a los investigadores exponer materiales enfriados hasta casi el cero absoluto a fuertes campos magnéticos de hasta 30 Tesla, combinados con luz láser ultracorta.
“Preguntamos. '¿Qué podemos aprender de Rambo? ¿Qué nuevos fenómenos físicos son posibles en esta región única? dijo Seiji Kihara, ahora estudiante de posgrado en la Universidad de Stanford. "La ortoferrita tiene desplazamientos magnónicos de hasta 30 Tesla, con frecuencias en el rango de los terahercios. Las mediciones iniciales no fueron interesantes.
"Pero luego obtuvimos el cristal (por el físico Cao Shixun de la Universidad de Shanghai y su equipo equipo), sus superficies no son exactamente paralelas", dijo. "Están cortadas en diagonal.
Un día montamos el cristal sobre el imán en un ángulo tal que el campo magnético no estuviera a lo largo del eje del cristal.
"Pensábamos que la frecuencia de Manuzi aumentaría a medida que cambiaba el campo magnético, pero cuando se inclinaba, vimos una pequeña brecha", dijo Makihara. "Entonces, después de discutir con el profesor Bomba, decidimos explícitamente este descubrimiento. Pidieron que los cristales se cortaran en diferentes ángulos y midieron estos ángulos, y vieron este enorme grado de anticruzamiento", anotaron los investigadores. * *La vibración siempre está presente en la materia óptica y en las interacciones materia-materia, pero es secundaria a la dominante * * *interacciones vibratorias. Este no es el caso de las ortoferritas estudiadas en el laboratorio de Kono.
Cuando el material se expone a un fuerte campo magnético, la antivibración bombeada por el cristal inclinado en relación con el campo magnético iguala o incluso supera la vibración.
Si se introduce un campo magnético giratorio adicional (como una luz polarizada circularmente), el par de precesión interactúa fuertemente con el campo que gira con el par (campo corotativo), y giran en la dirección opuesta a la par. El campo (campo contrarrotativo) interactúa débilmente.
En la teoría cuántica, dijo Bomba, estas llamadas interacciones de contrarotación conducen a interacciones extrañas en las que los subsistemas de luz y materia pueden ganar o perder energía al mismo tiempo. La interacción de momentos magnéticos y campos magnéticos contrarrotativos se considera antivibración y normalmente tiene poco efecto. En el sistema acoplado materia-materia estudiado por Rice, dominan las interacciones antivibratorias.
"En un sistema, la fuerza de las interacciones co-rotativas y contrarrotativas suele ser una constante fija, y la influencia de las interacciones co-rotativas siempre domina la influencia de las interacciones contrarrotativas", dijo Kono. . "Pero este sistema es contradictorio porque hay dos fuerzas de acoplamiento independientes que pueden ajustarse increíblemente mediante la orientación del cristal y la intensidad del campo magnético. Podemos crear una nueva situación en la que el término antigiro tenga un impacto mayor que el término cospín
Dijo: "En un sistema de materia óptica, cuando las frecuencias de la luz y la materia son iguales, se mezclan para formar polarones. "En nuestro caso ocurre algo parecido, pero ocurre entre materia y materia". Un cruce entre dos modelos Magna. Existe una antigua pregunta sobre qué sucede cuando el grado de hibridación llega a ser tan alto que excede incluso la energía vibratoria de una partícula determinada.
"En este estado, se espera que ocurran fenómenos extraños debido a interacciones contrarrotativas, incluido un estado de vacío comprimido y una transición de fase a un nuevo estado que emerge espontáneamente de un campo estático", dijo. "Descubrimos que podemos lograr esta condición ajustando el campo magnético".
Esta nueva investigación avanza los esfuerzos de Kono para observar las transiciones de fase superradiantes de Dicke que pueden crear un nuevo estado exótico de la materia y conducir a avances en Almacenamiento y transducción cuántica. En 2018, nuestro laboratorio descubrió un método de implementación prometedor en el acoplamiento materia-materia y publicó este descubrimiento en la revista Science.
El descubrimiento también muestra que la ortoferrita en un campo magnético puede usarse como un simulador cuántico, un sistema cuántico simple y altamente sintonizable que es representativo de un sistema más complejo, dijo Kono, con números intratables de interacción. partículas o parámetros que no se pueden obtener experimentalmente.
El acoplamiento magnético-magnético sintonizable en ortoferritas se puede utilizar para obtener información sobre la naturaleza del estado fundamental híbrido superacoplado de materia ligera y materia, dijo.
Cunow dijo que sus hallazgos también impulsarán la búsqueda de más materiales que muestren este efecto. "Las ortoferritas de tierras raras son una gran familia de materiales y sólo estudiamos uno", dijo.