時限結晶は、最初に室温でマイクロスケールで作成されました

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Anonim
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物理学者は、時間的に周期的な構造を持つマグノニック結晶を作成しました。これを行うために、彼らは電磁界内に配置された強磁性パーマロイプレートを使用しました。これは、室温で作成された最初のマイクロメートルスケールの時間結晶です。その中のマグノンのダイナミクスは、X線顕微鏡を使用してビデオでキャプチャされました。記事はジャーナルPhysicalReviewLettersに掲載されました。

固体は結晶とは言えません。これらの構造には、周期性という独特の特性があります。つまり、結晶格子は厳密に定義された距離にわたって繰り返されます。この不均一性は、空間対称性の違反です。

2012年、理論物理学者のフランクウィルチェックは、空間ではなく時間の対称性を壊す結晶があるかもしれないと示唆しました。彼はそれらを平衡状態で脈動し、定期的に同じ構成に戻るシステムとして想像しました。熱力学的平衡状態にあるシステムでは、周期的な振動がそれ自体で発生することはないため、科学者はすぐに彼の考えに反論しました。

しかし、後になって、わずかに異なる形で結晶が時間内に存在することが証明されました。これは、周期的な外部の影響下で、それ自体が一定の周期で振動し、わずかな干渉があってもこの状態を維持するシステムの名前です。

物理学者は、ボーズ凝縮の自然振動に基づいて一時的な結晶をすでに作成しています。別の研究では、2つのレーザーで交互に照射された一連のイッテルビウム原子を使用して、目的のシステムを実装しました。どちらの場合も、研究は原子スケールで、非常に低い温度(摂氏約-250度)で実施されました。

物理学者が時間結晶の振動について話すとき、それらは原子の実際の動きを意味しないことに注意することが重要です。たとえば、空間分布や磁気モーメントなど、それらの特性の変化について話します。粒子から粒子へと伝達される磁気モーメントの変化はマグノンと呼ばれ、マグノンが伝播する強磁性膜の基部にある物質はマグノン結晶と呼ばれます。

物理実験がマックスプランクインテリジェントシステム研究所のヨアヒムグレフェの指導の下で行われたのは、マグノニッククリスタルを使ったものでした。彼らは、室温で数マイクロメートルのサイズの比較的大きな一時的な結晶を最初に作成しました。

スピン波を励起するために、物理学者は、80パーセントのニッケルと20パーセントの鉄の合金である強磁性パーマロイのストリップに電磁場を適用しました。外部磁場の存在は、マグノンの周期的な空間パターンの形成につながりました。科学者たちはX線顕微鏡を使って、結晶の磁化の構造を写真に撮りました。彼らはなんとか写真だけでなく、一時的な水晶の最初のビデオ録画も手に入れることができました。研究所のウェブサイトに公開されたビデオは、4、2ギガヘルツの励起周波数と8ミリテスラの磁気誘導による外部磁場でのスピン波のz成分の変化を示しています。

結果として得られるシステムは、一時的な結晶のすべての特性を備えており、必要な周期的振動と、量子ガスまたはボーズアインシュタイン凝縮を伴うシステムを示しています。その中の平衡パラメータはマグノン密度のフラックスです:その時間微分はゼロに等しいです。

得られた結晶の特性をよりよく調査するために、科学者はその上の外部マグノンの散乱を調査しました。それは普通の水晶と同じように起こりました。その結果、最大100ナノメートルの波長を持つ超短マグノンが形成されました。

マグノンの助けを借りるだけでなく、マイクロスケールの一時的な結晶の作成も可能です。接続された振り子、電荷密度波、およびそのようなシステムの役割のための相互作用する生物学的細胞のセットを示唆する理論的研究については、すでに書いています。

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