Хиральное квантовое нагревание и охлаждение с помощью оптически управляемого иона

Тепловые двигатели, преобразующие тепло в полезную работу, жизненно важны в современном обществе. С развитием нанотехнологий изучение квантовых тепловых двигателей (QHE) имеет решающее значение для проектирования эффективных систем и понимания квантовой термодинамики. QHE, работающие как открытые квантовые системы, обмениваются энергией с внешними термальными ваннами, что приводит к квантовым скачкам. Поэтому динамика QHE может быть полностью описана и хорошо понята только с использованием исключительных точек Лиувилля (LEP), а не традиционных гамильтоновых EP, особенно для QHE на основе кубитов. В статье, опубликованной в журнале Light: Science & Applications, группа учёных демонстрирует хиральный квантовый нагрев и охлаждение, а также перенос квантового состояния с использованием оптически управляемого иона. Работа раскрывает хиральные термодинамические свойства квантовых систем с неэрмитовой динамикой путем динамического обхода замкнутого контура без вовлечения LEP. Направление обхода замкнутого контура влияет на то, действует ли система как тепловой двигатель или холодильник. Их исследование подчеркивает роль неадиабатических переходов и процесса Ландау-Зенера-Штюкельберга (LZS) в достижении хиральной операции. Этот эксперимент впервые связывает процесс LZS для хиральности с термодинамическими эффектами, связанными с LEP.

Улучшение калибровки уравнения состояния в физике сверхвысоких давлений

В статье, недавно опубликованной в журнале Journal of Applied Physics, международная группа ученых из Ливерморской национальной лаборатории им. Э. Лоуренса (LLNL), Аргоннской национальной лаборатории и Deutsches Elektronen-Synchrotron разработала новую конфигурацию образца, которая повышает надежность измерений уравнения состояния в режиме давления, ранее недостижимом в ячейке с алмазными наковальнями. С помощью этой конфигурации можно проводить высококачественные измерения статического уравнения состояния при давлении свыше 5 миллионов атмосфер, вплоть до внутренних условий Нептуна. Учёные использовали разработанную LLNL тороидальную ячейку с алмазными наковальнями, способную регулярно достигать > 300 ГПа с диаметром камеры образца ~ 6 мкм. Это примерно в 20 раз меньше ширины человеческого волоса. Затем в этой небольшой камере образца ученые микроизготовили пакет образца в 10-шаговом процессе, в котором целевой материал был внедрен в однородную капсулу из мягкого металла, которая служит средой, передающей давление. Эксперименты проводились в Аргоннской национальной лаборатории, сектор 16 HPCAT и на Deutsches Elektronen-Synchrotron PETRA-III.

Когерентный акустический контроль орбитальных состояний дефектов в пределе сильного воздействия

Исследователи из Корнелльского университета продемонстрировали, что акустические звуковые волны можно использовать для управления движением электрона, вращающегося вокруг дефекта решетки в алмазе. Эта технология потенциально может повысить чувствительность квантовых датчиков и использоваться в других квантовых устройствах. Работа опубликована в журнале PRX Quantum. Был построен микроскопический динамик на поверхности алмазного чипа, который работал на частоте, соответствующей электронному переходу. Используя методы, которые применяются в магнитно-резонансной томографии, был продемонстрирован когерентный контроль одного электрона внутри алмазного чипа. Учёные сделали орбитальную версию спинового резонанса: взяли те инструменты, которые мы знаем из спинового резонанса, например, когерентный контроль и осцилляции Раби, и с помощью акустического резонатора в пару гигагерц отобразили это на орбитальные состояния и увидели, что эти методы по-прежнему применимы.

Переработка грифеля карандаша в оптический материал с использованием плазмы

Как превратить грифель карандаша в полезные оптические материалы? Ответ сводится к одному слову: плазма, электрически заряженное газообразное состояние. Учёные изучили влияние более длительной плазменной обработки свинца. Для этого они подготовили образцы грифеля карандаша и поместили их в плазменную камеру на разные периоды времени, от десяти секунд до более трех минут. После этого они измерили изменения в спектрах отражения образцов, то есть интенсивность, с которой каждый обработанный образец отражает падающий свет в зависимости от его частоты. Обнаружено, что облучение грифеля карандаша плазмой в течение длительного времени привело к появлению нового оптического материала, который вызывает интерференцию в ближнем инфракрасном и среднем инфракрасном диапазонах, которые находятся ниже области длин волн видимого света. Это было связано с большей толщиной слоя глины, обнажаемого плазменным травлением. Чтобы продемонстрировать наглядное применение своей техники, команда выгравировала буквы и цифры на поверхности пластины карандашного грифеля таким образом, что символы были видны только при использовании инфракрасной камеры.

Аттосекундные задержки в ионизации молекул рентгеновского излучения

Международная группа ученых впервые сообщила о невероятно малых временных задержках в электронной активности молекулы при воздействии на частицы рентгеновских лучей. Для измерения этих крошечных высокоскоростных событий, известных как аттосекундные задержки, исследователи использовали лазер для генерации интенсивных рентгеновских вспышек, которые позволили им составить карту внутренних процессов атома. Их результаты показали, что когда электроны выбрасываются рентгеновскими лучами, они взаимодействуют с другим типом частиц, называемых электронами Оже-Мейтнера, вызывая вторичную паузу, которая никогда не была обнаружена ранее. Эти результаты имеют значение для широкого спектра областей исследований, поскольку изучение этих взаимодействий может открыть новые идеи о сложной молекулярной динамике, сказал Лу ДиМауро, соавтор исследования и профессор физики в Университете штата Огайо. Исследование было опубликовано в журнале Nature.

Физики разрабатывают новую модель, описывающую, как нити собираются в активную пену

Физики разработали теоретическую модель, которая объясняет образование таких структур, как активные пены из смеси белковых нитей и молекулярных моторов. Исследователи сообщили о своих выводах в журнале Physical Review X. Белковые нити, как и микротрубочки, и молекулярные моторы являются основными компонентами цитоскелета во многих типах клеток. Важным примером построения и перестройки клеточных структур посредством взаимодействия нитей и моторов является митотическое веретено, которое отвечает за правильное деление клеток. В результате динамического взаимодействия микротрубочек и молекулярных моторов могут возникать разнообразные структуры. Они включают в себя мицеллы, похожие на астеры, и новую фазу, называемую активной пеной. Основными строительными блоками этой пены являются бислои микротрубочек, в которых нити направлены в противоположных направлениях. Затем эти бислои объединяются, образуя сеть, которая подвергается устойчивым перестройкам. Благодаря разработанной математической модели удалось воспроизвести узоры, наблюдаемые в экспериментах, а также переход от мицелл к активной пене.

Универсальное масштабирование Киббла–Зурека в атомной сверхтекучей жидкости Ферми

Механизм Киббла–Зурека (KZ) — это теоретическая структура, введенная физиками Томом Киббл и Войцехом Зуреком. Эта структура по сути описывает образование топологических дефектов, когда системы подвергаются неравновесным фазовым переходам. Исследователи из Сеульского национального университета и Института фундаментальных наук в Корее недавно наблюдали масштабирование KZ в однородном и сильно взаимодействующем ферми-газе при его переходе в сверхтекучее состояние. Их статья, опубликованная в журнале Nature Physics, может проложить путь для дальнейших экспериментальных исследований этой давней физической концепции. Центральное предсказание масштабирования KZ заключается в том, что количество квантовых вихрей должно масштабироваться по степенному закону относительно того, как быстро вы проходите через сверхтекучий фазовый переход. Настоящая изюминка исследования в том, что учёные наблюдали предсказанное поведение масштабирования KZ, используя как температуру, так и силу взаимодействия в качестве двух отдельных ручек управления.

Прецизионная спектроскопия ⁹Be преодолевает ограничения, связанные со структурой ядра

Электронная оболочка атомов действует как "электромагнитный щит", предотвращая прямой доступ к ядру и его свойствам. Группа учёных преуспела в точном измерении эффекта этого экранирования в атомах бериллия. Исследование опубликовано в журнале Nature. Магнитный момент бериллия-9 был определен с точностью в 40 раз лучше, чем раньше. Такие точные измерения не только важны для фундаментальной физики, они также помогают нам получить представление об определенных приложениях ядерного магнитного резонанса, которые применяются в химии и для высокоточных измерений магнитных полей.

Радиусы ядерного заряда изотопов кремния

В недавнем исследовании ученые провели лазерные измерения ядерных радиусов стабильных изотопов кремния кремний-28, кремний-29 и кремний-30. Они также измерили радиус нестабильного ядра кремний-32, которое имеет 14 протонов и 18 нейтронов. Исследователи использовали разницу между радиусом ядра кремний-32 и его зеркального ядра аргон-32, которое имеет 18 протонов и 14 нейтронов, чтобы установить ограничения на переменные, которые помогают описывать физику астрофизических объектов, таких как нейтронные звезды. Результаты являются важным шагом в развитии ядерной теории, изучении ядер и их компонентов. Статья опубликована в журнале Physical Review Letters. Исследователи использовали измерения сдвигов атомных изотопов методом лазерной спектроскопии для измерения ядерного радиуса различных изотопов кремния на установке спектроскопии BEam Cooler and LAser (BECOLA) в Центре пучков редких изотопов (FRIB) в Университете штата Мичиган. Результаты дают важный ориентир для развития ядерной теории. Разница радиусов заряда между ядром кремния-32 и его зеркальным ядром аргоном-32 использовалась для ограничения параметров, необходимых для описания свойств плотной нейтронной материи в нейтронных звездах. Полученные результаты согласуются с ограничениями из наблюдений гравитационных волн и других дополнительных наблюдаемых.

Обнаружен магнон-фононный резонанс Ферми в антиферромагнетике

В данной работе экспериментаторы и физики-теоретики, занимающиеся конденсированными средами из Института молекул и материалов (IMM) Университета Радбауд, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), Кельнского университета и Института Иоффе, открыли новый канал передачи энергии между магнонами и фононами в антиферромагнетике в условиях резонанса Ферми. Это может позволить в будущем контролировать такие антиферромагнитные системы для более быстрого и энергоэффективного хранения данных. Используя интенсивный и спектрально яркий сверхизлучающий источник ТГц на основе ускорителя в Центре источников мощного излучения ELBE HZDR, исследователи селективно возбудили антиферромагнитный спиновый резонанс и настроили его центральную частоту с помощью сильного внешнего магнитного поля до нескольких Тесла. Такая конфигурация позволила им настроить частоты спинового резонанса на половину частоты колебаний решетки, что соответствует условию резонанса Ферми. Был обнаружен новый режим связанной магнон-фононной динамики, который позволяет осуществлять обмен энергией между этими двумя подсистемами при резонансе Ферми. Настраивая частоты магнонов, учёные могут контролировать этот процесс и, в частности, усиливать магнон-фононную связь.