Esmakordselt tuvastatud Quantum Barkhauseni müra – Physics World

USA ja Kanada teadlased avastasid esimest korda kvant-Barkhauseni mürana tuntud efekti. Mõju, mis tekib tänu tohutu hulga magnetpöörete koosmõjulisele kvanttunnelile, võib olla suurim makroskoopiline kvantnähtus, mida laboris seni täheldatud.

Magnetvälja olemasolul asetsevad elektronid (või magnetmomendid) ferromagnetilises materjalis kõik samas suunas, kuid mitte korraga. Selle asemel toimub joondamine osade kaupa, kusjuures erinevad piirkonnad või domeenid langevad erinevatel aegadel kokku. Need domeenid mõjutavad üksteist viisil, mida võib võrrelda laviiniga. Nii nagu üks lumetükk surub naabruses olevaid tükke, kuni kogu mass alla kukub, levib joondamine läbi domeenide, kuni kõik pöörlemised osutavad samas suunas.

Üks viis selle joondusprotsessi tuvastamiseks on seda kuulata. 1919. aastal tegi füüsik Heinrich Barkhausen just seda. Mähkides magnetmaterjali ümber mähise ja kinnitades sellele valjuhääldi, muutis Barkhausen domeenide magnetismi muutused kuuldavaks praksumiseks. Tänapäeval Barkhauseni mürana tuntud pragunemist võib puhtalt klassikalises mõttes mõista kui domeeni seinte termilise liikumise põhjustatud. Analoogsed müranähtused ja dünaamika esinevad ka teistes süsteemides, sealhulgas maavärinad ja fotokordisti torud ning laviinid.

Kvant Barkhauseni müra

Põhimõtteliselt võivad kvantmehaanilised efektid tekitada ka Barkhauseni müra. Selles Barkhauseni müra kvantversioonis toimuvad pöörlemised siis, kui osakesed tunnevad läbi energiabarjääri – protsessi, mida nimetatakse kvanttunnelimiseks –, selle asemel, et koguda piisavalt energiat, et sellest üle hüpata.

Uues teoses, mis on üksikasjalikult kirjeldatud PNAS, teadlased eesotsas Thomas Rosenbaum Euroopa California tehnoloogiainstituut (Caltech) ja Philip Stamp kell Briti Columbia ülikool (UBC) täheldas kvant-Barkhauseni müra kristallilises kvantmagnetis, mis jahutati absoluutse nulli lähedale (-273 °C). Nagu Barkhausen 1919. aastal, põhines nende tuvastamine proovi ümber mähises. Kuid selle asemel, et ühendada mähis valjuhääldi külge, mõõtsid nad selle pinge hüppeid, kui elektronid pööravad ümberpööratud suundi. Kui keerutuste rühmad erinevates domeenides ümber läksid, ilmnes Barkhauseni müra pingepiiskade seeriana.

Caltechi / UBC teadlased omistavad need naelu kvantefektidele, kuna neid ei mõjuta temperatuuri 600% tõus. "Kui nad oleksid, siis oleksime klassikalises termiliselt aktiveeritud režiimis, " ütleb Stamp.

Rosenbaum lisab, et spinnide teljega risti asetseva magnetvälja rakendamisel on reaktsioonile "sügav mõju", kusjuures väli toimib materjali kvant-nupuna. See on tema sõnul täiendav tõend Barkhauseni müra uudse kvantloomuse kohta. "Klassikalist Barkhauseni müra magnetsüsteemides on tuntud juba üle 100 aasta, kuid kvant-Barkhauseni müra, kus domeeniseinad läbivad tõkkeid, mitte ei ole nende kohal termiliselt aktiveeritud, pole meie teadmiste kohaselt varem nähtud," ütles ta. ütleb.

Kaastunneldavad efektid

Huvitaval kombel täheldasid teadlased pöörlemist, mida ajendavad üksteisega suhtlevad tunnelelektronide rühmad. Selle "lummava" kaastunnelimise mehhanism hõlmab nende sõnul plakettidena tuntud domeeniseinte sektsioone, mis interakteeruvad üksteisega pikamaa dipolaarsete jõudude kaudu. Need interaktsioonid tekitavad korrelatsioone sama seina erinevate segmentide vahel ja tekitavad samaaegselt ka laviine erinevatel domeeni seintel. Tulemuseks on massiline ühistu tunneldamise üritus, mida Stamp ja Rosenbaum võrdlevad rahvahulgaga, kes käitub ühtse üksusena.

"Kuigi on täheldatud, et dipolaarsed jõud mõjutavad ühe seina liikumise dünaamikat ja juhivad iseorganiseerunud kriitilisust, siis LiHos_xY_1-xF₄, pikamaa interaktsioonid ei põhjusta korrelatsioone mitte ainult sama seina erinevate segmentide vahel, vaid tegelikult ka tuumalaviine erinevatel domeeni seintel samaaegselt, "ütleb Rosenbaum.

Tulemust saab seletada ainult kooperatiivse makroskoopilise kvantina (tunneldamisnähtus, ütleb Stamp. „See on esimene näide, mida looduses on nähtud väga laiaulatuslikust kooperatiivsest kvantnähtusest skaalal 10¹⁵ keerleb (see tähendab tuhat miljardit miljardit),“ räägib ta Füüsika maailm. "See on tohutu ja on vaieldamatult suurim makroskoopiline kvantnähtus, mida laboris kunagi nähtud."

Täiustatud tuvastamisoskused

Isegi kui miljardeid keerutusi korraga kaskaadil on, on teadlaste sõnul nende täheldatud pingesignaalid väga väikesed. Tõepoolest, statistiliselt oluliste andmete kogumiseks vajaliku tuvastamisvõime arendamiseks kulus neil veidi aega. Teooria poole pealt pidid nad välja töötama uue lähenemisviisi magnetlaviinide uurimiseks, mida varem ei olnud sõnastatud.

Nüüd loodavad nad rakendada oma tehnikat ka muudes süsteemides peale magnetmaterjalide, et välja selgitada, kas selliseid kooperatiivseid makroskoopilisi kvantnähtusi leidub mujal.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/quantum-barkhausen-noise-detected-for-the-first-time/