Влияние вращения черной дыры или первые доказательства прецессии в сверхсветящихся аккреционных дисках

Исследователи из Университета Цукубы провели крупномасштабное моделирование радиационной электромагнитной гидродинамики на основе общей теории относительности и впервые продемонстрировали, что прецессионное движение наклоненного сверхсветящегося аккреционного диска вызвано вращением черной дыры. Кроме того, это прецессионное движение периодически меняет направление струй и излучения, испускаемого черной дырой, что указывает на то, что периодические колебания светимости сверхсветящихся аккреционных дисков могут быть вызваны вращением самой черной дыры. Причина таких периодических колебаний ранее была неизвестна. Результаты опубликованы в The Astrophysical Journal. Используя сравнительный анализ долгосрочного моделирования и данных наблюдений, исследователи в будущем намерены проверить, вращаются ли черные дыры. Это достижение призвано углубить наше понимание того, как вращение черной дыры влияет на космические явления, и внести существенный вклад в установление пространственно-временной структуры черных дыр и общей теории относительности.

Ученые НИУ ВШЭ разработали новую модель двойного электрического слоя

Модель учитывает широкий спектр взаимодействий ионов с электродами и позволяет предсказывать способность устройства накапливать электрический заряд. Теоретические предсказания модели совпали с результатами экспериментов. Данные о поведении двойного электрического слоя могут помочь в разработке более эффективных суперконденсаторов для портативной электроники и электромобилей. Исследование опубликовано в журнале ChemPhysChem. Для расчетов использовалось модифицированное уравнение Пуассона — Больцмана. В модели учли специфические взаимодействия между ионами, их окружение молекулами воды, влияние электрического поля на диэлектрические свойства воды и ограниченное пространство для ионов у поверхности электрода. Это позволило подробно описать профили дифференциальной электрической емкости — меры того, насколько эффективно ДЭС (двойной электрический слой) может накапливать заряд, когда меняется напряжение. Чем выше дифференциальная емкость, тем больше зарядов может удерживать слой при небольших изменениях напряжения. В исследовании изучались водные растворы электролитов перхлората натрия (NaClO₄) и гексафторфосфата калия (KPF₆) на границе с серебряным электродом.

Электроиндуцированный эффект Эйнштейна-де Гааза или что общего у квадрокоптера и антиферромагнетика?

В статическом положении квадрокоптера моменты импульсов двух диагональных винтов полностью компенсируются другой диагональю. Если же необходимо повернуть аппарат по часовой стрелке, то для этого нужно увеличить скорость вращения винтов, крутящихся против часовой стрелки: вследствие закона сохранения момента импульса корпус квадрокоптера повернется в противоположную сторону. Подобно этому в антиферромагнетике спины двух магнитных подрешеток полностью уравновешивают друг друга. Если же вызвать декомпенсацию магнитных моментов подрешеток, то, вследствие эффекта Эйнштейна-де Гааза, возникновение намагниченности приведет к появлению и механического момента. Один из способов создать некомпенсированную намагниченность в антиферромагнетике – приложить электрическое поле, которое нарушит симметрию, чтобы одна из магнитных подрешеток получила преимущество. Учёные из физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова предложили воспользоваться аналогом весов Кулона 21 века – оптической системой детектирования колебаний кантилевера в атомном силовом микроскопе, а сам кантилевер сделать из зажатого между графеновыми электродами ван-дер-ваальсова антиферромагнетика – графеноподобного материала, в котором магнитный момент одного слоя компенсируется соседним слоем. Прикладывая переменное электрическое напряжение к графеновым электродам, можно вызывать за счет магнитоэлектрического эффекта периодическое изменение магнитного момента, а вследствие магнитомеханической связи – также и вибрацию кантилевера.

Управляемые монополи орбитального углового момента в хиральных топологических полуметаллах

Благодаря сочетанию надежной теории и экспериментов на Swiss Light Source SLS в Институте Пауля Шеррера PSI, было продемонстрировано существование монополей орбитального углового момента электронов (ОАМ), вращающихся вокруг атомного ядра. Что стало предметом большого теоретического интереса, поскольку они предлагают значительные практические преимущества для развивающейся области орбитроники, потенциальной энергоэффективной альтернативы традиционной электронике. Открытие опубликовано в журнале Nature Physics. Международная исследовательская группа под руководством ученых из Института Пауля Шеррера PSI и Институтов Макса Планка в Галле и Дрездене (Германия) продемонстрировала, что хиральные топологические полуметаллы — новый класс материалов, открытый в PSI в 2019 году, — обладают свойствами, которые делают их весьма практичным выбором для генерации токов ОАМ. Для эксперимента была использована техника, известная как круговой дихроизм в угловой фотоэмиссионной спектроскопии, или CD-ARPES, использующей циркулярно поляризованные рентгеновские лучи от источника синхротронного света. Предположение заключается в том, что если вы используете циркулярно поляризованный свет, вы измеряете то, что прямо пропорционально OAM.

Впервые обнаружена собственная магнитная структура в решетке кагоме

Совместная исследовательская группа из Китая недавно впервые наблюдала внутренние магнитные структуры в решетке кагоме, используя высокочувствительную систему магнитно-силовой микроскопии (MFM) установки постоянного сильного магнитного поля (SHMFF), а также спектроскопию электронного парамагнитного резонанса и микромагнитное моделирование. Результаты исследования были опубликованы в журнале Advanced Science 19 августа. Эксперименты при переменной температуре показали, что магнитная реконструкция в монокристаллах Fe₃Sn₂ происходит посредством фазового перехода второго рода или слабого фазового перехода первого рода, что пересматривает более ранние предположения о переходе первого рода. Это открытие также переопределило низкотемпературное основное магнитное состояние как плоскостное ферромагнитное состояние, что противоречит предыдущим сообщениям о состоянии спинового стекла. Количественные данные MFM показали, что значительные внеплоскостные магнитные компоненты сохраняются при низких температурах. Используя модель Кейна-Меле, команда объяснила открытие щели Дирака при низких температурах, тем самым отвергнув предыдущие гипотезы о наличии скирмионов в этих условиях.

Открытие новых уровней энергии в атомных сверхтонких структурах

С конца 1960-х годов лаборатория Эме Коттона (LAC) в Орсе, Франция, достигла значительного прогресса в классификации сложных атомных спектров. Эти достижения были обусловлены как развитием спектроскопии с преобразованием Фурье, так и новыми теоретическими интерпретациями атомных спектров. В исследовании, опубликованном в The European Physical Journal D, Софи Крёгер из Берлинского университета технологий и экономики провела подробный анализ инфракрасного (ИК) спектра протактиния, выявив 20 новых энергетических уровней, которые ранее не поддавались обнаружению с помощью более ранних методов, используемых LAC. Исследование демонстрирует важный прогресс в точности измерений атомного спектра, что вскоре может дать более глубокое понимание атомных структур и взаимодействий.

Эффект антиферромагнитного диода в четно-слоистом MnBi₂Te₄

Исследователи из Гарвардского университета наблюдали эффект антиферромагнитного диода в четнослойном MnBi₂Te₄, антиферромагнитном материале, характеризующемся центросимметричным кристаллом, который не демонстрирует направленного разделения зарядов. Эффект может быть использован для разработки различных технологий, включая транзисторы с эффектом поля в плоскости и устройства сбора микроволновой энергии. Учёные изготовили устройства с использованием равномерного слоя MnBi₂Te₄ с двумя различными конфигурациями электродов. Некоторые из этих устройств имели электроды с стержнем Холла (продольные электроды, которые пропускают ток, и поперечные электроды, используемые для измерения эффекта Холла), в то время как другие имели радиально распределенные электроды (расположенные по кругу вокруг центральной точки). Для изучения свойств равномерно-слоистого MnBi₂Te₄ использовались пространственно-разрешенный оптический метод и методы сбора измерений генерации электрической суммарной частоты. Исследование опубликовано в журнале Nature Electronics.

В сочетании с тонкой пленкой тяжелого металла и ферромагнитными монослоями графен усиливает эффект стабилизации скирмионов в спинтроники

На границе раздела графена и тяжелого металла возникает сильная спин-орбитальная связь, которая приводит к различным квантовым эффектам, включая спин-орбитальное расщепление уровней энергии (эффект Рашбы) и скос в выравнивании спинов (взаимодействие Дзялошинского-Мория). Эффект скоса спинов особенно необходим для стабилизации скирмионов, которые особенно подходят для спинтроники. В статье, опубликованной в журнале ACS Nano, испано-немецкая группа учёных показала, что эти эффекты значительно усиливаются, когда несколько монослоев ферромагнитного элемента кобальта вставляются между графеном и тяжелым металлом (в данном случае: иридием). Образцы выращивались на изолирующих подложках, что является необходимым условием для внедрения многофункциональных спинтронных устройств, использующих эти эффекты. 

Оптически обнаруженный когерентный контроль молекулярных спинов при комнатной температуре

В статье «Оптически обнаруживаемое когерентное управление молекулярными спинами при комнатной температуре», опубликованной в журнале Physical Review Letters, учёные показывают, как можно манипулировать определенным квантовым свойством, известным как «спин» в органических молекулах, и измерять его с помощью видимого света, и все это при комнатной температуре. Были использованы лазеры для выравнивания спинов электронов в молекулах, которые можно рассматривать как крошечные квантово-механические магниты. При тщательно направленных импульсах микроволнового излучения, получилось управлять спиновыми состояниями в желаемые квантовые состояния. Далее, используя количество видимого света, получилось измерять состояние спинов испускаемого молекулами от второго лазерного импульса, который менялся в зависимости от квантового состояния спинов. В демонстрации доказательства принципа действия была использована органическая молекула под названием пентацен, включенная в две формы материала под названием пара-терфенил, как в кристаллах, так и в тонкой пленке. Продемонстрировано, что можно оптически обнаруживать квантовую когерентность (временную шкалу, в которой существуют квантовые состояния) молекул в течение микросекунды при комнатной температуре, что намного дольше времени, необходимого для манипулирования состояниями.

Гигантский нелинейный эффект Холла в теллуре при комнатной температуре

Учёные обнаружили значительные нелинейные эффекты Холла (НЭХ) и беспроводного выпрямления при комнатной температуре в элементарном полупроводнике теллуре (Te). Исследование опубликовано в Nature Communications. Был обнаружен значительный НЭХ при комнатной температуре в тонких чешуйках Te с настраиваемыми выходами напряжения Холла, модулированными внешними напряжениями затвора. При 300 К максимальный выход второй гармоники может достигать 2,8 мВ, что на порядок выше предыдущих данных. С помощью дальнейших экспериментов и теоретического анализа получено, что наблюдаемый НЭХ в тонких чешуйках Te в первую очередь обусловлен внешним рассеянием, причем нарушение симметрии поверхности тонкой структуры чешуек играет решающую роль. Физики заменили переменный ток радиочастотными (РЧ) сигналами, реализовав беспроводное РЧ-выпрямление в тонких хлопьях Те. Они добились стабильного выпрямленного выходного напряжения в широком диапазоне частот от 0,3 до 4,5 ГГц.