Magneettinen materiaali rikkoi fysiikan lakeja Oak Ridgessä

Oak Ridge National Laboratoryn (ORNL) tutkijat iskivät magneettiseen materiaaliin nopeilla laserpulsseilla ja tarkkailivat sitä neutroneilla. Materiaali rikkoi fysiikan perussäännön, jota kutsutaan yksityiskohtaiseksi tasapainoksi, ja se pysyi tässä tilassa sen sijaan, että se olisi palannut nopeasti takaisin, laboratorio ilmoitti 9. marraskuuta. Tutkijoiden mukaan pitkäikäinen signaali voisi auttaa kvanttiteknologioita, jotka käyttävät magneettisia virityksiä tiedon kuljettamiseen ja tallentamiseen.ornl.gov

Tulokset julkaistiin Nature Communications -lehdessä. ORNL:n julkaisutietokannan mukaan artikkeli julkaistiin huhtikuussa 2026, ja sen kirjoittajina olivat Chengyun Hua, Barry Winn, Colin Sarkis, Gabriele Sala, Takeshi Egami ja Alan Tennant.ornl.gov

Epäsymmetrinen signaali, joka kesti

Tutkijaryhmä tutki magnoneja. Nämä ovat kvasipartikkeleita, materiaalin magneettisessa järjestyksessä esiintyviä aaltomaisia väreitä, jotka voivat kuljettaa tietoa, ORNL:n tiedotteen mukaan. Kun järjestelmä on levossa, yksityiskohtainen tasapaino sitoo energiaa lisäävät ja energiaa kuluttavat tapahtumat toisiinsa ennustettavalla tavalla. Laserpulssien alla tämä yhteys katkesi, ja neutronidata osoitti ylimääräisiä signaaleja vain yhdellä puolella.newswise.com

Ylimääräiset magnonit eivät kadonneet. Tämä sulki pois yksinkertaisen kuumenemisen ja viittasi "pitkäikäiseen epätasapainotilaan, jota ylläpitävät jaksottaiset laserpulssit", laboratorio totesi. Artikkelin tiivistelmän mukaan materiaali oli kaksiulotteinen neliöhila-Heisenberg-antiferromagneetti. Se väittää myös, että rikkomus heijastaa järjestelmän dynamiikan kvanttimekaanista luonnetta, ORNL:n julkaisutiivistelmän mukaan.ornl.gov+1

"Kukaan ei ole aiemmin tutkinut suoraan yksityiskohtaisen tasapainon rikkomista tiiviin aineen järjestelmässä", Hua sanoi ORNL:n tiedotteessa. "Teoreettisesti on järkevää, että se voi tapahtua, mutta kokeellisesti se oli melko mahtavaa nähdä."newswise.com

Pumppu-koetin-sädelinjan rakentaminen

Neutronisironta tarkastelee yleensä materiaaleja tasapainotilassa. Ryhmän oli mukautettava ORNL:n Spallation Neutron Source toimimaan samalla kun näytettä ajettiin aktiivisesti. Ryhmän aiempi tekninen artikkeli kuvaa HYSPEC-spektrometrin asetelmaa. Se käyttää nanosekunnin laserpulssia, joka on synkronoitu neutronipulssien kanssa, sekä Rb2MnF4-materiaalia, kvanttimagneettia, jossa vyöhykkeen keskipisteen lähellä olevat magnonit voivat teoriassa kestää millisekunteja.ar5iv.labs.arxiv.org

"Koska käytimme uutta lähestymistapaa, mekaniikka-, turvallisuus-, laitteisto- ja ohjelmistoinsinöörien sekä tutkimusryhmän oli ajateltava laatikon ulkopuolelta, jotta tämä projekti saatiin toimimaan", Hua sanoi laboratorion mukaan. Työ alkoi ORNL:n siemenrahoituksella. Energiaministeriön tiedetoimisto ja Quantum Science Center tukivat myöhempää työtä.ornl.gov

Mitä seuraavaksi?

ORNL:n mukaan järjestelmä antaa tutkijoille tavan tutkia muuta epätasapainon kvanttifysiikkaa reaaliajassa. Tämä työ voisi edistää tutkimusta koherentista kuljetuksesta, muistilaitteista ja vähähäviöisestä elektroniikasta, laboratorio kertoi. Kirjoittajat toteavat, että heidän in operando -tekniikkaansa voitaisiin laajentaa yksiulotteisiin spin-ketjuihin ja topologisiin spin-järjestelmiin, "joissa epätasapainoilmiöt ovat laajalle levinneitä ja täynnä löytöpotentiaalia", artikkelin tiivistelmän mukaan.ornl.gov+1