Физики добились сильной связи андреевских кубитов через микроволновый резонатор

Физикам из Базельского университета впервые удалось когерентно соединить два андреевских кубита на макроскопическом расстоянии. Они добились этого с помощью микроволновых фотонов, генерируемых в узком сверхпроводящем резонаторе. Результаты экспериментов и сопутствующих расчетов были недавно опубликованы в журнале Nature Physics, заложив основу для использования связанных андреевских кубитов в квантовой связи и квантовых вычислениях. Результаты показывают превосходное согласие с теоретическими моделями.

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.

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.

Предложен инновационный метод обнаружения гравитационных волн с использованием резонанса Мессбауэра

Ученые из Института физики высоких энергий (IHEP) Китайской академии наук предложили инновационный метод обнаружения гравитационных волн с использованием резонанса Мессбауэра. Их выводы, недавно опубликованные в Science Bulletin, подчеркивают новый подход, который может произвести революцию в изучении гравитационных волн. Физики ИФВЭ исследуют потенциал стационарной мёссбауэровской системы, где гравитационные сдвиги частоты, вызванные изменениями высоты, могли бы заменить традиционный доплеровский сдвиг, используемый в дифференциальной мёссбауэровской спектрометрии. Для изотопов ¹⁰⁹Ag, которые обладают чрезвычайно узкой относительной шириной линии 10⁻²², этот метод позволяет пространственно локализовать мёссбауэровский резонанс с точностью до 10 микрон. Проходя, гравитационные волны вызывают энергетические флуктуации в мёссбауэровских фотонах. Под воздействием локального гравитационного поля эти флуктуации приводят к вертикальным смещениям резонансного пятна. В статье предлагается схема, в которой детекторы располагаются в круговой конфигурации вокруг активированного источника серебра, что повышает чувствительность не только к силе гравитационных волн, но и к направлению их распространения и углу поляризации.

Доказана 50-ти летняя теория эффекта Зельдовича для усилении электромагнитных полей вращающимся телом

Физики из Университета Саутгемптона впервые проверили и доказали 50-летнюю теорию с использованием электромагнитных волн. Они показали, что энергию волн можно увеличить, отражая «скрученные волны» — волны с угловым моментом — от объекта, вращающегося определенным образом. Это известно как «эффект Зельдовича», названный в честь советского физика Якова Зельдовича, который разработал теорию, основанную на этой идее, в 1970-х годах. До сих пор считалось, что это ненаблюдаемо с помощью электромагнитных полей. Результаты исследования ученых опубликованы в журнале Nature Communications. Доказательство эффекта Зельдовича в различных физических системах, как акустических, так и теперь электромагнитных цепях, предполагает, что он имеет довольно фундаментальную природу. Электромагнитные тесты также прокладывают путь к наблюдению эффекта на квантовом уровне, где волны могут генерироваться цилиндром, усиливающим квантовый вакуум.

Крупный прорыв в области ядерных часов прокладывает путь к сверхточному измерению времени

Международная исследовательская группа под руководством ученых из JILA, совместного института Национального института стандартов и технологий (NIST) и Университета Колорадо в Боулдере, продемонстрировала ключевые элементы ядерных часов. Ядерные часы — это новый тип устройства для измерения времени, который использует сигналы из ядра атома. Результаты исследования были опубликованы в выпуске журнала Nature от 4 сентября в качестве заглавной статьи. Учёные использовали специально разработанный ультрафиолетовый лазер для точного измерения частоты скачка энергии в ядрах тория, встроенных в твердый кристалл. Они также использовали оптическую частотную гребенку, которая действует как чрезвычайно точная световая линейка, для подсчета количества циклов ультрафиолетовой волны, которые создают этот скачок энергии. Хотя эта лабораторная демонстрация не является полностью разработанными ядерными часами, она содержит все основные технологии для них.