Magnet träffad av laser bryter mot fysikens lagar

Forskare vid Oak Ridge National Laboratory (ORNL) träffade ett magnetiskt material med snabba laserpulser och observerade det med neutroner. Materialet bröt mot en grundläggande fysikalisk lag kallad detaljerad balans, och det förblev i det tillståndet istället för att snabbt återgå till jämvikt, meddelade laboratoriet den 9 november. Forskarna säger att den långlivade signalen kan hjälpa kvantteknologier som använder magnetiska excitationer för att bära och lagra information.ornl.gov

Resultaten publicerades i Nature Communications. En notering i ORNL:s publikationsdatabas visar att artikeln publicerades i april 2026, med Chengyun Hua, Barry Winn, Colin Sarkis, Gabriele Sala, Takeshi Egami och Alan Tennant som författare.ornl.gov

En skev signal som bestod

Teamet studerade magnoner. Dessa är kvasipartiklar, vågliknande krusningar i ett materials magnetiska ordning som kan bära information, enligt ORNL:s tillkännagivande. När ett system är i vila kopplar detaljerad balans samman energigivande och energiförbrukande händelser på ett förutsägbart sätt. Under laserpulserna brast den kopplingen, och neutrondata visade extra signaler på bara ena sidan.newswise.com

De överskjutande magnonerna försvann inte. Det uteslöt enkel uppvärmning och pekade mot ett "långlivat icke-jämviktstillstånd upprätthållet av periodiska laserpulser," uppger laboratoriet. Artikelns abstrakt säger att materialet var en tvådimensionell Heisenberg-antiferromagnet med kvadratiskt gitter. Det argumenteras också för att brottet reflekterar den kvantmekaniska naturen hos systemets dynamik, enligt ORNL:s publikationssammanfattning.ornl.gov+1

"Ingen har tidigare direkt undersökt ett brott mot detaljerad balans i ett kondenserade fasers system," sa Hua i ORNL-pressmeddelandet. "Teoretiskt är det logiskt att det kan hända, men experimentellt var det ganska fantastiskt att se."newswise.com

Byggandet av en pump-probe-strålelinje

Neutronspridning studerar normalt material i jämvikt. Teamet var tvunget att anpassa ORNL:s Spallation Neutron Source för att fungera medan ett prov var aktivt påverkat. En tidigare teknisk artikel av gruppen beskriver uppsättningen på HYSPEC-spektrometern. Den använder en nanosekund-pulsad laser synkroniserad med neutronpulserna, tillsammans med Rb2MnF4, en kvantmagnet där magnoner nära zons centrum i teorin kan bestå i upp till millisekunder.ar5iv.labs.arxiv.org

"Eftersom vi använde en ny metod var mekaniker, säkerhetspersonal, hårdvaru- och mjukvaruingenjörer samt forskarteamet tvungna att tänka utanför boxen för att få projektet att fungera," sa Hua, enligt laboratoriet. Arbetet startade med ett ORNL-startbidrag. Energidepartementets Office of Science och Quantum Science Center stödde det senare arbetet.ornl.gov

Vad händer härnäst

ORNL säger att systemet ger forskare ett sätt att studera annan icke-jämviktskvantfysik i realtid. Det arbetet kan informera forskning om koherent transport, minnesenheter och elektronik med låga förluster, uppger laboratoriet. Författarna skriver att deras in operando-teknik kan utökas till endimensionella spinnkedjor och topologiska spinnsystem, "där icke-jämviktseffekter är utbredda och rika på upptäckspotential," enligt artikelns abstrakt.ornl.gov+1