Laser-Experiment bricht physikalisches Gesetz

Wissenschaftler am Oak Ridge National Laboratory (ORNL) beschossen ein magnetisches Material mit schnellen Laserpulsen und beobachteten es mit Neutronen. Das Material brach ein grundlegendes physikalisches Gesetz, das sogenannte detaillierte Gleichgewicht, und verblieb in diesem Zustand, anstatt schnell in den Ruhezustand zurückzukehren, wie das Labor am 9. November mitteilte. Die Forscher sagen, dass das langlebige Signal Quantentechnologien unterstützen könnte, die magnetische Anregungen zur Übertragung und Speicherung von Informationen nutzen.ornl.gov

Die Ergebnisse erschienen in Nature Communications. Ein Eintrag in der Publikationsdatenbank des ORNL zeigt, dass der Artikel im April 2026 veröffentlicht wurde, mit Chengyun Hua, Barry Winn, Colin Sarkis, Gabriele Sala, Takeshi Egami und Alan Tennant als Autoren.ornl.gov

Ein einseitiges Signal von Dauer

Das Team untersuchte Magnonen. Dabei handelt es sich um Quasiteilchen, wellenartige Kräuselungen in der magnetischen Ordnung eines Materials, die Informationen transportieren können, so die Mitteilung des ORNL. Wenn sich ein System in Ruhe befindet, verknüpft das detaillierte Gleichgewicht energieaufnehmende und energieabgebende Ereignisse auf vorhersehbare Weise. Unter den Laserpulsen versagte diese Verbindung, und die Neutrondaten zeigten zusätzliche Signale nur auf einer Seite.newswise.com

Die überschüssigen Magnonen verschwanden nicht. Dies schloss eine einfache Erwärmung aus und deutete auf einen "langlebigen Nichtgleichgewichts-Zustand hin, der durch periodische Laserpulse aufrechterhalten wird", so das Labor. Das Abstract des Artikels besagt, dass es sich bei dem Material um einen zweidimensionalen Heisenberg-Antiferromagneten mit quadratischem Gitter handelte. Es wird zudem argumentiert, dass die Verletzung die quantenmechanische Natur der Dynamik des Systems widerspiegelt, so die Zusammenfassung der ORNL-Publikation.ornl.gov+1

"Niemand hat zuvor direkt eine Verletzung des detaillierten Gleichgewichts in einem System der kondensierten Materie untersucht", sagte Hua in der ORNL-Mitteilung. "Theoretisch ist es plausibel, dass dies geschehen kann, aber es experimentell zu sehen, war ziemlich beeindruckend."newswise.com

Aufbau einer Pump-Probe-Strahllinie

Neutronenstreuung untersucht normalerweise Materialien im Gleichgewicht. Das Team musste die Spallation Neutron Source des ORNL anpassen, um zu funktionieren, während eine Probe aktiv angesteuert wurde. Ein früherer technischer Artikel der Gruppe beschreibt den Aufbau am HYSPEC-Spektrometer. Er verwendet einen nanosekundengepulsten Laser, der mit den Neutronenpulsen synchronisiert ist, zusammen mit Rb2MnF4, einem Quantenmagneten, in dem Magnonen nahe dem Zonenzentrum theoretisch bis zu Millisekunden überdauern können.ar5iv.labs.arxiv.org

"Da wir einen neuen Ansatz verfolgten, mussten Mechaniker, Sicherheitspersonal, Hardware- und Softwareingenieure sowie das Forschungsteam über den Tellerrand hinausschauen, um dieses Projekt zum Erfolg zu führen", sagte Hua laut dem Labor. Die Arbeit begann mit einem Startkapital des ORNL. Das Office of Science des Energieministeriums und das Quantum Science Center unterstützten die spätere Arbeit.ornl.gov

Wie geht es weiter?

Das ORNL gibt an, dass das System Forschern eine Möglichkeit bietet, andere Nichtgleichgewichts-Quantenphysik in Echtzeit zu untersuchen. Diese Arbeit könnte die Forschung zu kohärentem Transport, Speichergeräten und verlustarmer Elektronik voranbringen, so das Labor. Die Autoren schreiben, dass ihre In-operando-Technik auf eindimensionale Spinketten und topologische Spinsysteme ausgeweitet werden könnte, "wo Nichtgleichgewichtseffekte weit verbreitet und reich an Entdeckungspotenzial sind", so das Abstract des Artikels.ornl.gov+1