Kvantový magnet je miliardkrát chladnější než mezihvězdný prostor

Magnet vyrobený z atomů ytterbia je jen o miliardtinu stupně teplejší než absolutní nula. Pochopení toho, jak to funguje, by mohlo fyzikům pomoci postavit vysokoteplotní supravodiče

Fyzika


1. září 2022

Atom ytterbia

Atomy ytterbia byly použity k výrobě velmi chladného magnetu

Carlos Clarivan/Knihovna vědeckých fotografií

Nový druh kvantového magnetu je vyroben z atomů pouze o miliardtinu stupně teplejších než absolutní nula – a fyzici si nejsou jisti, jak se chová.

Běžný magnet odpuzuje nebo přitahuje magnetické objekty v závislosti na tom, zda elektrony uvnitř jsou ve stavu kvantového spinu „nahoře“ nebo „dolů“, což je vlastnost podobná tomu, že severní a jižní pól jsou zarovnány v určitém směru. To však není jediná vlastnost, ze které lze magnet postavit.

Kaden Hazzard na Rice University v Texasu a jeho kolegové použili atomy ytterbia k vytvoření magnetu založeného na vlastnosti podobné rotaci, která má šest možností, z nichž každá je označena barvou.

Vědci uzavřeli atomy ve vakuu v malé kovové a skleněné krabici a poté je pomocí laserových paprsků ochladili. Tlak laserového paprsku způsobil, že atomy s nejvyšší energií uvolnily určitou energii, což snižuje celkovou teplotu, podobně jako když foukáte na šálek čaje.

Použili také lasery k uspořádání atomů v různých konfiguracích k výrobě magnetů. Některé byly jednorozměrné jako drát, jiné byly dvourozměrné jako tenký plát materiálu nebo trojrozměrné jako kus krystalu.

Atomy uspořádané do čar a listů dosáhly asi 1,2 nanokelvinu, což je více než 2 miliardy krát chladnější než mezihvězdný prostor. U atomů v trojrozměrném uspořádání je situace tak složitá, že vědci stále hledají nejlepší způsob měření teploty.

Atomy v experimentu patří do větší skupiny nazývané fermiony a byly „nejchladnějšími fermiony ve vesmíru“, říká Hazzard. “Když jsem přemýšlel o experimentování s tímto před 10 lety, vypadalo to jako sen teoretika,” říká.

Fyzici se již dlouho zajímají o to, jak atomy interagují v exotických magnetech, jako je tento, protože mají podezření, že k podobným interakcím dochází ve vysokoteplotních supravodičech – materiálech, které dokonale vedou elektřinu. Lepším pochopením toho, co se děje, by mohli postavit lepší supravodiče.

Existovaly teoretické výpočty o takových magnetech, ale nedokázaly předpovědět přesné vzory barevného stavu nebo jak přesně magnetické mohou být, říká spoluautor Eduardo Ibarra-García-Padilla. Říká, že on a jeho kolegové provedli některé z dosud nejlepších výpočtů, když analyzovali experiment, ale stále dokázali předpovědět barvy pouze osmi atomů najednou v liniových a listových konfiguracích z tisíců atomů v experimentu. .

Victor Gurarie na University of Colorado Boulder říká, že experiment byl dostatečně chladný na to, aby atomy začaly „dávat pozor“ na kvantové barevné stavy svých sousedů, což je vlastnost, která neovlivňuje, jak interagují za tepla. Protože výpočty jsou tak obtížné, podobné budoucí experimenty mohou být jedinou metodou pro studium těchto kvantových magnetů, říká.

Odkaz na deník: Přírodní fyzika, DOI: 10.1038/s41567-022-01725-6

Více o těchto tématech:

.

Leave a Comment

Your email address will not be published.