Kahdeksannapainen magnetismi ja kvanttiteknologiat

Kvanttimekaniikan viimeaikaiset edistysaskeleet ovat paljastaneet korkeampia magnetismin kertalukuja, mukaan lukien "oktupolaarisen järjestyksen" olemassaolon, jossa materiaalin kiteiseen rakenteeseen järjestäytyneiden hiukkasten kuvio käyttäytyy ikään kuin sillä olisi kahdeksan magneettista napaa tutun kahden sijaan.

Näiden vaikeasti havaittavien magneettisten tilojen havaitseminen ja hallinta on kuitenkin merkittävä haaste.

Toronton yliopiston kvanttifyysikkojen johtama tutkijaryhmä on nyt kehittänyt uuden menetelmän kvanttimagneettisten tilojen havaitsemiseksi käyttämällä valoa elektronien spinien aiheuttamien atomien värähtelyjen tutkimiseen. Työ on ratkaiseva ensimmäinen askel kohti moninapaisen magnetismin valjastamista käytännön teknologioissa, mukaan lukien seuraavan sukupolven datantallennus- ja laskentalaitteet.

”Tunnistimme uusia piilevän magneettisen tilan merkkejä, joita ei voida havaita tavallisilla luotaimilla”, sanoo Arun Paramekanti., fysiikan laitoksen professori ja tutkimuksen vanhempi kirjoittaja. ”Tutkimuksemme avaa mahdollisuuden käyttää korkeamman asteen magneetteja useissa sovelluksissa, mukaan lukien jokapäiväisissä tietokoneissa käytetyt ohjattavat luku- ja kirjoitusmuistien elementit.”

Tutkijat havaitsivat, että suuntaamalla valo kiteiseen materiaaliin ja laukaisemalla sen atomirakenteessa pieniä värähtelyjä, paljastuu magneettisia kuvioita, jotka ovat normaalisti näkymättömiä perinteisillä tekniikoilla. He keskittivät huomionsa kiinteän aineen kidehilan läpi liikkuviin värähtelyenergiapaketteihin, joita kutsutaan fononeiksi. He etsivät erityisesti kiraalisia fononeja – eli sellaisia, jotka eivät vastaa omaa peilikuvaansa.

Kiraalisuus osoittautui olevan avainasemassa. Tutkijat havaitsivat, että piilevät oktupolaariset magneettitilat jättävät ainutlaatuisen jäljen näihin valolla havaittuihin värähtelyihin. Suuntaamalla magneettisiin materiaaleihin erityisen pyörivän valon, tutkimusryhmä havaitsi selkeän optisen sormenjäljen muuten piilevästä magneettisesta järjestyksestä.

”Havaitsimme, että oktupolaarisen järjestyksen alkaminen voi antaa tietyille fononitiloille selkeän kätisyysasteen”, sanoo Swati Chaudhary, Tokion yliopiston projektitutkija ja tutkimuksen toinen kirjoittaja. ”Nämä värähtelyt käyttäytyvät eri tavalla kuin perinteisissä magneeteissa esiintyvät värähtelyt, joten kutsumme niitä ’pseudokiraalisiksi’ fononeiksi, ja ne tarjoavat uuden tavan tunnistaa ja tutkia piilotettuja magneettisia tiloja.”

Fysiikan laitoksen tohtorikoulutettava ja tutkimuksen toinen kirjoittaja Kathleen Hart selittää: ”Työmme tarjoaa uuden optisen luotaimen piileviin magneettisiin järjestyksiin, joita on vaikea havaita standarditekniikoilla, ja luo pohjan sille, miten tällaista oktupolaarista magnetismia voidaan lopulta hallita materiaalin atomivärähtelyjen avulla.”

Löydökset tarjoavat uuden työkalun aiemmin saavuttamattomien magnetismin muotojen paljastamiseen ja manipulointiin, mikä avaa uusia mahdollisuuksia kvanttiteknologian kehitykselle.

Aiheesta aiemmin:

Uusi kolmiulotteinen magneettinen rakenne löydetty

Magnetismin 3D-muokkausta laserilla

Odottamattomia värähtelytiloja magneettipyörteissä