Впервые наблюдалось образование связанных пар магнонов

Еще около 80 лет назад немецкий физик Ганс Бете (Hans Bethe) на основании теоретической модели заключил, что два магнона — элементарных возмущения в цепочке одномерных ферромагнитов — могут образовывать связанное состояние. Слипаясь подобно двум мельчайшим постоянным магнитам, два атома могут создавать новую частицу, движущуюся в кристалле.

Коллективу MPQ (Max-Planck-Institut für Quantenoptik) под руководством профессора Иммануэля Блоха (Immanuel Bloch) удалось осуществить непосредственное наблюдение и измерение динамики этих, наиболее элементарных мобильных магнитных доменов.

В эксперименте использовалась модель квантового кристалла: облако сверхохлажденных атомов рубидия, зафиксированных в оптической решетке, которая была образована наложением перекрестных стоячих волн лазерного излучения. Светлые участки служили для размещения атомов, а темные действовали как барьеры. Сквозь достаточно «невысокие» барьеры атомы могли просачиваться в соседнюю ячейку. В данном эксперименте такое туннелирование было возможно только в одном направлении. В результате атомы образовывали десять независимых одномерных «трубок» примерно одинаковой длины.

Вначале интенсивность лазера была довольно высокой, и квантовый кристалл формировал так называемый изолятор Мотта: каждую ячейку занимал только один атом, зафиксированный в пространстве. Все спины атомов были ориентированы одинаково, иными словами, такие цепочки образовывали идеальный ферромагнитный квантовый магнит.

Пару месяцев назад в аналогичных условиях тот же коллектив исследователей научился изменять направление спина индивидуального атома и наблюдал распространение последующей спиновой волны вдоль квантового магнита. Теперь они продвинулись на шаг дальше. Точно позиционируя микроволновые импульсы они инвертировали спин у двух соседних атомов в центре каждой намагниченной атомной цепочки.

Два таких спиновых возмущения могли распространяться вдоль цепочки независимо, как свободные магноны. Но, из-за ферромагнитного взаимодействия между ними, они, с равной вероятностью, также могли объединяться, формируя элементарный мобильный магнитный домен.

Наблюдение элементарных квантовых магнитных явлений помогает прояснить понимание фундаментальных магнитных процессов в твердотельных кристаллах. Но, исследование динамики спиновых волн в одномерных квантовых магнитах также важно для потенциальных приложений. В частности, образование связанных двухмагнонных состояний может оказывать существенное влияние на термопроводящие свойства малоразмерных ферромагнитов, а также на транспорт квантовой информации по цепочке кубитов.

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI