Открыта универсальная неравновесная квантовая динамика в случайно взаимодействующих спиновых моделях

Новое исследование выявило универсальную динамику вдали от равновесия в моделях случайно взаимодействующих спинов, дополняя тем самым хорошо зарекомендовавшую себя универсальность в физике низкоэнергетического равновесия. Твердотельные ядерные спиновые системы по своей природе представляют собой сложные квантовые системы многих тел, которыми можно точно управлять с помощью технологий квантового контроля, что позволяет реализовать различные модели спина многих тел. Это обеспечивает естественную и настраиваемую экспериментальную платформу для изучения неравновесной динамики квантовых систем многих тел. Учёные разработали последовательности импульсов для высокоточного управления спинами ядер H в порошке адамантана (C₁₀H₁₆) (каждое зерно содержит примерно 10⁹ до 10¹² молекул) и реализовали случайно взаимодействующие спиновые модели с регулируемыми анизотропными параметрами. Хаотичность возникает из-за случайной ориентации между осями решетки в разных зернах и статического магнитного поля. Так было обнаружено новое явление: динамика спиновой деполяризации показала четкий переход от монотонного к колебательному затуханию при изменении анизотропного параметра. Оказалось, что поведение динамики спиновой деполяризации можно универсально описать двумя параметрами.

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.

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.

Большой аномальный эффект Холла на лестнице дьявола с колебаниями вращения

Исследовательская группа из Университета Цукубы обнаружила, что флуктуации спинов электронов в магнитных материалах вызывают сильный аномальный эффект Холла во время фазового перехода, известный как магнитный переход «лестница дьявола». Это открытие имеет решающее значение для развития магнито-термоэлектрического преобразования, экологически чистой технологии производства энергии, потенциально ведущей к разработке новых материалов для термоэлектрического преобразования. Исследование опубликовано в журнале npj Quantum Materials. В этом исследовании учёные наблюдали сильный аномальный эффект Холла при температурах, превышающих температуру магнитного перехода в магнитном материале (магнитный оксид), который демонстрирует уникальное явление магнитного перехода, известное как «лестница дьявола со спиновыми колебаниями». Примечательно, что величина аномального эффекта Холла — или аномального угла Холла — была одной из самых больших, зарегистрированных для магнитных оксидов. Исследование предполагает, что этот значительный эффект, вероятно, связан с интенсивным рассеянием электронов проводимости из-за определенного типа спиновых флуктуаций, известных как флуктуации спин-флип.

Разработан новый тип голограмм, способный проецировать несколько изображений высокой точности без перекрестных помех

Исследователи разработали новый тип голограмм, известный как «метаголограммы», способный проецировать несколько изображений высокой точности без перекрестных помех. Этот прорыв открывает путь к технологиям следующего поколения, включая дисплеи виртуальной/дополненной реальности (AR/VR), хранение информации и шифрование изображений. Работа опубликована в журнале eLight. Предлагаемая метаголограмма использует метод геометрического фазового кодирования и состоит из миллионов поликремниевых наностолбиков субволнового масштаба, каждый размером примерно 100 нм, идентичных по размеру, но с пространственно изменяющимися углами вращения. Устройство также включает в себя плоский стеклянный волновод для передачи падающего света и использует такие свойства, как поляризация и угол, для переключения проекции до шести уникальных изображений высокой четкости без перекрестных помех. Кроме того, исследователи создали двухканальную полноцветную метаголограмму и даже восемнадцатиканальную метаголограмму, используя комбинацию различных методов мультиплексирования.

Физикам удалось генерировать распространяющиеся спиновые волны на наноуровне и открыть новый путь их модуляции и усиления

Исследователям из Ланкастерского университета и Радбаудского университета в Неймегене удалось генерировать распространяющиеся спиновые волны на наноуровне и открыть новый путь их модуляции и усиления. Их открытие, опубликованное в журнале Nature, может проложить путь к развитию квантовых информационных технологий без диссипации. Поскольку спиновые волны не используют электрические токи, эти чипы будут свободны от связанных с ними потерь энергии. Учёные использовали тот факт, что максимально возможные частоты вращения спинов можно обнаружить в материалах, в которых соседние спины наклонены друг относительно друга. Чтобы возбудить столь быструю спиновую динамику, они использовали очень короткий импульс света, длительность которого короче периода спиновой волны, т.е. менее триллионной доли секунды. Секрет генерации сверхбыстрой спиновой волны на наноуровне заключается в энергии фотонов светового импульса.

Обнаружен дефект одного атома в 2D-материале, который может хранить квантовую информацию при комнатной температуре

Ученые обнаружили, что «одиночный атомный дефект» в слоистом 2D-материале может удерживать квантовую информацию в течение микросекунд при комнатной температуре. Дефект, обнаруженный исследователями из университетов Манчестера и Кембриджа с использованием тонкого материала под названием гексагональный нитрид бора (hBN), демонстрирует спиновую когерентность — свойство, при котором электронный спин может сохранять квантовую информацию — в условиях окружающей среды. Они также обнаружили, что этими вращениями можно управлять с помощью света.

Анизотропное обменное взаимодействие двух кубитов со спином дырок

Исследователи из Базельского университета и NCCR SPIN добились первого контролируемого взаимодействия между двумя кубитами со спином дырок в обычном кремниевом транзисторе. Квантовому компьютеру для выполнения вычислений нужны "квантовые ворота". Они представляют собой операции, которые манипулируют кубитами и связывают их друг с другом. Как сообщают исследователи в журнале Nature Physics, им удалось соединить два кубита и вызвать контролируемый переворот одного из их спинов в зависимости от состояния спина другого — известный как управляемый переворот спина. Связь двух спиновых кубитов основана на их обменном взаимодействии, которое происходит между двумя неразличимыми частицами, взаимодействующими друг с другом электростатически. Удивительно, но обменная энергия дырок не только электрически управляема, но и сильно анизотропна.

Влияние внутреннего магнитного порядка на электрохимическое расщепление воды

Магнитный порядок молекул играет решающую роль в производстве водорода. В эксперименте физики выровняли магнитные «спины» атомов катализатора во время реакции. Для этого учёные снизили температуру во время реакции. Сравнивая изменения скорости реакции во время этого снижения для двух катализаторов с разным магнитным состоянием, было обнаружено, что активность действительно увеличивается за счет этого так называемого магнитного порядка. Тот факт, что это происходит даже без применения магнитного поля, ранее был неясен. Также обнаружено, что при внешнем магнитном поле катализатор стал еще лучше выполнять свою работу. Направление этого магнитного поля имело значение. Оно должно было точно соответствовать магнитным свойствам материала.

Электрическое переключение вектора Нееля на 180° в спинорасщепляющемся антиферромагнетике

Группа физиков теоретически предложила новый механизм электрического переключения вектора Нееля на 180° и экспериментально реализовала его в антиферромагнитных материалах со структурой зон спинового расщепления (C- парная блокировка спиновой долины, также называемая альтермагнитом). Также продемонстрирована способность материала манипулировать вектором Нееля, открыв путь к производству сверхбыстрых устройств памяти. Эта фундаментальная работа позволила осуществить преобразование информации между зарядовыми и спиновыми степенями свободы в антиферромагнетике, открыв путь к быстрому развитию спинтроники в электронной промышленности. Исследование опубликовано в журнале Science Advances.