Открыты новые квантовые фазы в низкоразмерных полярных системах

Известно, что квантовые флуктуации, вызванные нулевыми фононными колебаниями, предотвращают возникновение полярных фаз в объемных зарождающихся сегнетоэлектриках вплоть до нуля градусов Кельвина. Однако мало что известно о влиянии квантовых флуктуаций на недавно обнаруженные топологические закономерности в сегнетоэлектрических наноструктурах. Исследователи показали, как квантовые флуктуации влияют на топологию нескольких диполярных фаз в ультратонких сегнетоэлектрических оксидных пленках. Обнаружено, что квантовые флуктуации создают квантовую критическую точку, отделяющую решетку гексагональных пузырьков от жидкоподобного состояния, характеризующегося спонтанным движением, созданием и уничтожением полярных пузырьков при очень низких температурах. Кроме того, квантовые флуктуации могут вызывать новые квантовые фазы, и эти фазы проявляют обычные свойства, такие как отрицательное пьезоэлектричество.

Первые экспериментальные доказательства присутствия хопфионов в кристаллах

Скирмионы представляют собой двумерные, напоминающие вихревые струны, а хопфионы представляют собой трехмерные структуры внутри объема магнитного образца, напоминающие замкнутые, скрученные струны скирмионов, имеющие в простейшем случае форму бублика. Несмотря на обширные исследования последних лет, о прямом наблюдении магнитных образований сообщалось только в синтетических материалах. Данная работа является первым экспериментальным подтверждением таких состояний, стабилизированных в кристалле пластин FeGe типа B20 с помощью просвечивающей электронной микроскопии и голографии. Полученные результаты открывают новые области экспериментальной физики: идентификацию других кристаллов, в которых хопфионы стабильны, изучение того, как хопфионы взаимодействуют с электрическими и спиновыми токами, динамику хопфионов и многое другое.

Продемонстрирован новый тип ферромагнетизма с совершенно другим расположением магнитных моментов

В ETH в Цюрихе группа исследователей под руководством Атача Имамоглу из Института квантовой электроники и Юджина Демлера из Института теоретической физики обнаружила новый тип ферромагнетизма в искусственно созданном материале, в котором выравнивание магнитных моментов происходит совершенно по-другому. Недавно они опубликовали свои результаты в журнале Nature.

Загадка эффекта Кондо решена с помощью искусственного атома и одномерной проволоки

Команда физиков из Кёльнского университета решила давнюю проблему физики конденсированного состояния: они непосредственно наблюдали эффект Кондо, видимый в одном искусственном атоме. В прошлом это не удавалось успешно делать, поскольку магнитные орбитали атомов обычно невозможно наблюдать напрямую с помощью большинства методов измерения. Группа физиков использовала новую технику для наблюдения эффекта Кондо на искусственной орбитали внутри одномерной проволоки, плавающей над металлическим листом графена. О своем открытии они сообщают в статье «Модулируемое кондо-экранирование вдоль границ магнитных зеркальных двойников в монослое MoS₂», опубликованной в журнале Nature Physics.

Появление спиновой микроэмульсии в бозе-эйнштейновских конденсатах со спин-орбитальной связью

В новом исследовании учёные из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (UCSB) сообщили об открытии спиновой микроэмульсии в двумерных системах спинорных бозе-эйнштейновских конденсатов. Открытие проливает свет на новый фазовый переход, характеризующийся потерей сверхтекучесть, сложные псевдоспиновые текстуры и появление топологических дефектов. Было применено передовое теоретико-полевое моделирование (FTS) для исследования перехода низкотемпературной полосовой фазы со сверхтвердыми характеристиками. При повышении температуры фаза превращается в спиновую микроэмульсию. В фазе спиновой микроэмульсии атомы самоорганизуются на основе своих внутренних спиновых состояний, подобно образованию микроэмульсий в жидкостях. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Обнаружение скрытых дефектов материалов с помощью однопиксельного терагерцового датчика

Учёные разработали уникальный терагерцовый датчик, который может быстро обнаруживать скрытые дефекты или объекты в целевом объеме образца с помощью однопиксельного спектроскопического терагерцового детектора. Вместо поточечного сканирования и формирования цифрового изображения этот датчик исследует объем образца, освещенного терагерцовым излучением за один снимок без формирования цифровой обработки изображения. Статья опубликована в журнале Nature Communications. Этот новый датчик состоит из серии дифракционных слоев, автоматически оптимизированных с использованием алгоритмов глубокого обучения. После обучения эти слои преобразуются в физический прототип с использованием подходов аддитивного производства, таких как 3D-печать. Это позволяет системе выполнять полностью оптическую обработку без обременительной необходимости растрового сканирования или захвата/обработки цифровых изображений.

Вакуум в оптическом резонаторе может изменить магнитное состояние материала без лазерного возбуждения

Исследователи из Германии и США впервые теоретически продемонстрировали, что магнитным состоянием атомарно тонкого материала α-RuCl₃ можно управлять, просто поместив его в оптический резонатор. Важно отметить, что одних только флуктуаций вакуума в полости достаточно, чтобы изменить магнитный порядок материала из зигзагообразного антиферромагнетика в ферромагнетик. Работа команды опубликована в журнале npj Computational Materials.

Квантово-метрический нелинейный эффект Холла в топологической антиферромагнитной гетероструктуре

Международная группа исследователей, включая команду из Центра развития топологических полуметаллов (CATS), энергетического исследовательского центра при Управлении науки Министерства энергетики США, возглавляемого Национальной лабораторией Эймса, экспериментально продемонстрировала новый тип нелинейного эффекта Холла. Этот эффект Холла обусловлен квантовой метрикой, которая определяет расстояния между электронными волновыми функциями внутри кристалла. Экспериментальную работу возглавляли ученые Гарвардского университета, а теоретическое моделирование разрабатывалось в лаборатории Эймса. Этот проект представляет собой первое экспериментальное доказательство нелинейного эффекта Холла, который до сих пор был только теоретически обоснован.

Опосредованные взаимодействия между ферми-поляронами и роль примесной квантовой статистики

Электрон, движущийся через твердое тело, создает поляризацию в окружающей среде из-за своего электрического заряда. Лев Ландау в своих теоретических рассуждениях расширил описание таких частиц их взаимодействием с окружающей средой и говорил о квазичастицах. Более 10 лет назад группе под руководством Рудольфа Гримма из Института квантовой оптики и квантовой информации (IQQOI) Австрийской академии наук (ÖAW) и кафедры экспериментальной физики Инсбрукского университета удалось создать такие квазичастицы (как привлекательные, так и отталкивающие взаимодействия с окружающей средой). Для этого используют ультрахолодный квантовый газ из атомов лития и калия в вакуумной камере. С помощью магнитных полей управляют взаимодействиями между частицами и с помощью радиочастотных импульсов переводят атомы калия в состояние, в котором они притягивают или отталкивают окружающие их атомы лития. Таким образом учёные моделируют сложное состояние, подобное тому, которое создается в твердом состоянии свободным электроном. Работа была опубликована в журнале Nature Physics.

Отклонение электромагнитных волн под действием псевдогравитации в искаженных фотонных кристаллах

Совместная группа исследователей манипулировала поведением света так, как если бы он находился под действием гравитации. Результаты, опубликованные в журнале Physical Review A 28 сентября 2023 года, имеют далеко идущие последствия для мира оптики и материаловедения, а также имеют значение для развития связи 6G. Ученые недавно теоретически предсказали, что воспроизведение эффектов псевдогравитации, возможно путем деформации кристаллов в области более низкой нормированной энергии (или частоты). Был использован кремниевый искаженный фотонный кристалл с первичной постоянной решетки 200 микрометров и терагерцовые волны. Эксперименты успешно продемонстрировали отклонение этих волн.