Quantum Barkhausen -kohina havaittu ensimmäistä kertaa – Physics World

Yhdysvaltalaiset ja kanadalaiset tutkijat ovat havainneet kvantti-Barkhausen-kohinaksi tunnetun vaikutuksen ensimmäistä kertaa. Vaikutus, joka syntyy valtavan määrän magneettisten spinien yhteistoiminnallisen kvanttitunneloinnin ansiosta, voi olla suurin laboratoriossa tähän mennessä havaittu makroskooppinen kvanttiilmiö.

Magneettikentän läsnä ollessa ferromagneettisessa materiaalissa elektronien spinit (tai magneettiset momentit) asettuvat kaikki samaan suuntaan – mutta eivät kaikki kerralla. Sen sijaan kohdistus tapahtuu osittaisesti, jolloin eri alueet tai alueet osuvat kohdalleen eri aikoina. Nämä alueet vaikuttavat toisiinsa tavalla, jota voidaan verrata lumivyöryyn. Aivan kuten yksi lumimyssy työntää viereisiä möykkyjä, kunnes koko massa kaatuu alas, samoin kohdistus leviää alueiden läpi, kunnes kaikki pyöritykset osoittavat samaan suuntaan.

Yksi tapa havaita tämä kohdistusprosessi on kuunnella sitä. Vuonna 1919 fyysikko Heinrich Barkhausen teki juuri niin. Käärimällä kelan magneettisen materiaalin ympärille ja kiinnittämällä siihen kaiuttimen Barkhausen muutti domeenien magnetismin muutokset kuuluvaksi rätiseks. Nykyään Barkhausenin meluna tunnettu rätinä voidaan ymmärtää puhtaasti klassisilla termeillä alueen seinien lämpöliikkeen aiheuttamana. Vastaavia meluilmiöitä ja dynamiikkaa esiintyy myös muissa järjestelmissä, mukaan lukien maanjäristykset ja valomonistinputket sekä lumivyöryt.

Kvantti Barkhausen -kohina

Periaatteessa kvanttimekaaniset efektit voivat tuottaa myös Barkhausen-kohinaa. Tässä Barkhausenin kohinan kvanttiversiossa pyörimiset tapahtuvat, kun hiukkaset tunnelevat energiaesteen läpi – prosessi, joka tunnetaan nimellä kvanttitunnelointi – sen sijaan, että ne saisivat tarpeeksi energiaa hypätäkseen sen yli.

Uudessa teoksessa, joka on kuvattu yksityiskohtaisesti PNASjohtamat tutkijat Thomas Rosenbaum että Kalifornian teknologiainstituutti (Caltech) ja Philip Stamp klo British Columbian yliopisto (UBC) havaitsi kvantti-Barkhausen-kohinaa kiteisessä kvanttimagneetissa, joka oli jäähdytetty lähellä absoluuttista nollaa (-273 °C). Kuten Barkhausen vuonna 1919, heidän havaitsemisensa perustui kelan käärimiseen näytteen ympärille. Mutta sen sijaan, että käämi olisi liitetty kaiuttimeen, he mittasivat sen jännitteen hyppyjä elektronin pyöriessä käänteisesti. Kun pyöritysryhmät eri aloilla kääntyivät, Barkhausenin kohina ilmestyi sarjana jännitepiikkejä.

Caltech/UBC:n tutkijat katsovat näiden piikien johtuvan kvanttivaikutuksista, koska 600 % lämpötilan nousu ei vaikuta niihin. "Jos ne olisivat, olisimme klassisessa, lämpöaktivoidussa järjestelmässä", Stamp sanoo.

Rosenbaum lisää, että magneettikentän soveltamisella poikittain spinien akseliin nähden on "syvällisiä vaikutuksia" vasteeseen, ja kenttä toimii kuin materiaalin kvantti "nuppi". Tämä on hänen mukaansa lisätodiste Barkhausenin kohinan uudesta kvanttiluonteesta. "Klassinen Barkhausen-kohina magneettisissa järjestelmissä on ollut tunnettu yli 100 vuotta, mutta kvantti-Barkhausen-kohinaa, jossa alueen seinät tunnelevat esteiden läpi sen sijaan, että ne aktivoituvat termisesti niiden yli, ei ole parhaan tietomme mukaan nähty aiemmin", hän sanoo.

Yhteistunnelointiefektit

Mielenkiintoista on, että tutkijat havaitsivat pyörimiskäänteitä, joita ohjasivat tunnelointielektroniryhmät, jotka ovat vuorovaikutuksessa keskenään. He sanovat, että tämän "kiehtovan" yhteistunneloinnin mekanismi käsittää alueen seinämien osia, jotka tunnetaan plaketteina, jotka ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa pitkän kantaman dipolaaristen voimien kautta. Nämä vuorovaikutukset synnyttävät korrelaatioita saman seinän eri osien välillä, ja ne myös nukleoivat samanaikaisesti lumivyöryjä eri alueen seinämille. Tuloksena on yhteistoiminnallinen tunnelointitapahtuma, jota Stamp ja Rosenbaum vertaavat joukkoon ihmisiä, jotka käyttäytyvät yhtenä kokonaisuutena.

"Vaikka dipolaaristen voimien on havaittu vaikuttavan yksittäisen seinän liikkeen dynamiikkaan ja ohjaavan itseorganisoitunutta kriittisyyttä, LiHossa_xY_X-1F₄, pitkän kantaman vuorovaikutukset eivät aiheuta korrelaatioita vain saman seinän eri osien välillä, vaan itse asiassa ydinvyöryjä eri verkkoalueen seinillä samanaikaisesti”, Rosenbaum sanoo.

Tulos voidaan selittää vain yhteistoiminnallisena makroskooppisena kvanttina (tunnelointiilmiö, Stamp sanoo. "Tämä on ensimmäinen luonnossa koskaan nähty esimerkki erittäin laajamittaisesta yhteistoiminnallisesta kvanttiilmiöstä, asteikolla 10¹⁵ pyörii (eli tuhat miljardia miljardia), hän kertoo Fysiikan maailma. "Tämä on valtava ja ylivoimaisesti suurin laboratoriossa koskaan havaittu makroskooppinen kvanttiilmiö."

Edistyneet tunnistustaidot

Vaikka miljardeja kierroksia putoaisi kerralla, tutkijat sanovat, että heidän havaitsemansa jännitesignaalit ovat hyvin pieniä. Heiltä kestikin jonkin aikaa kehittää havaitsemiskyky, joka tarvitaan tilastollisesti merkittävien tietojen keräämiseen. Teorian puolella heidän oli kehitettävä uusi lähestymistapa magneettisten lumivyöryjen tutkimiseen, jota ei ollut aiemmin muotoiltu.

He toivovat nyt soveltavansa tekniikkaansa muihin järjestelmiin kuin magneettisiin materiaaleihin saadakseen selville, onko tällaisia ​​yhteistoiminnallisia makroskooppisia kvanttiilmiöitä olemassa muualla.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/quantum-barkhausen-noise-detected-for-the-first-time/