Если вы считаете сверхпроводимость магией, подождите, пока не узнаете о ещё более странных и невероятных явлениях, существующих в квантовом мире. Новое исследование, проведённое группой китайских учёных, проливает свет на одно из таких открытий. Конденсация Бозе-Эйнштейна не ограничивается ультрахолодными атомами. Квазичастицы, как магноны, также могут переходить в это уникальное состояние.
Китайские учёные впервые сообщили о конденсации Бозе-Эйнштейна (КБЭ) связанного состояния двух магнонов в магнитном материале. До сих пор учёные наблюдали КБЭ только в холодных бозонных атомах, как рубидий.
Однако магноны – это не атомы, а волны в магнитном материале, возникающие в результате возмущения спинов электронов. Они считаются квазичастицами, это означает, что они не являются реальными частицами, как электроны или атомы, а представляют собой коллективное возбуждение множества частиц.
Новое открытие отличается от «традиционной сверхпроводимости, которая включает спаривание фермионов. Вместо этого команда обнаружила уникальную форму спаривания магнонов, которая приводит к квантовому фазовому переходу, предлагая новые взгляды на экзотические квантовые состояния вещества», – отмечают учёные из Китайской академии наук (КАН).
Читайте: Учёные назвали верхний предел сверхпроводимости при комнатной температуре
Обнаружение слабых сигналов от магнонов
В холодных атомных газах КБЭ возникает, когда большое количество атомов материалов, как рубидий или натрий, охлаждаются до чрезвычайно низких температур.
В этот момент атомы теряют индивидуальность и ведут себя как единое коллективное квантовое состояние. Именно этот вид КБЭ был впервые обнаружен в 1990-х годах и часто ассоциируется с КБЭ в целом.
В отличие от этого, недавно обнаруженная КБЭ происходит с магнонами внутри уникального магнитного материала на основе фосфата и никеля, Na₂BaNi(PO₄)₂, который обладает треугольной решётчатой структурой.
«Эта структура делает его идеальным кандидатом для изучения фрустрированного квантового магнетизма – состояния, в котором спины электронов ведут себя странно и непредсказуемо из-за конкурирующих взаимодействий», – заявили в КАН.
Обычно магноны не являются бозонами и не образуют КБЭ. Однако в этом случае два магнона спариваются, образуя связанное состояние, которое ведёт себя как единый бозон. Когда эти связанные пары конденсировались, они создали КБЭ внутри самого твёрдого материала, а не в облаке холодных атомов.
«Это достижение открывает путь для более глубокого изучения квантовых материалов, потенциально открывая новые фазы материи, которые можно будет использовать в будущих технологиях», – добавили в КАН.
Значение КБЭ
Конденсат Бозе-Эйнштейна (КБЭ) – это особое состояние вещества, в котором группа частиц (бозонов) теряет свою индивидуальность и ведёт себя как единая суперчастица при чрезвычайно низких температурах.
КБЭ позволяет учёным изучать квантовые эффекты в большом масштабе, делая странное квантовое поведение видимым. Кроме того, они имеют потенциальные применения в квантовых вычислениях, прецизионных датчиках и исследованиях сверхтекучести (где жидкости текут без сопротивления).
Более того, КБЭ можно использовать для моделирования чёрных дыр, сверхпроводников и экзотических фаз материи, помогая физикам проверять теории в лаборатории.
Исследователи использовали многочастотный спектрометр электронного парамагнитного резонанса (мощное устройство, используемое для детального изучения спина электронов) для наблюдения КБЭ, образованной в результате спаривания магнонов.
Они также подтвердили эти результаты с помощью методов, как рассеяние нейтронов, исключив любую возможность ошибки. Этот прорыв может привести к более захватывающим квантовым открытиям в ближайшем будущем.
Хочу первым узнавать о ТЕХНОЛОГИЯХ – ПОДПИСАТЬСЯ на Telegram
Читать свежие обзоры гаджетов на нашем сайте – TehnObzor.RU