Исследователи из Ок-Риджской национальной лаборатории изучали магноны — квантовые квазичастицы, волнообразные возбуждения которых играют ключевую роль в магнитном поведении материалов. Магноны способны переносить информацию, а квантовые магниты могут поддерживать ее в течение длительного времени, что важно для передачи данных. Результаты исследования показывают, как с помощью лазера можно вывести магнитную систему из ее обычного состояния, как нейтроны позволяют выявить детали этого состояния и как сохраняется новое состояние при низких энергетических уровнях, вместо того чтобы быстро исчезнуть.

В ходе эксперимента ученые выводили материал из состояния покоя с помощью коротких лазерных импульсов. Для изучения микроскопических особенностей магнитного поведения внутри материала исследователи использовали источник нейтронов Spallation Neutron Source (SNS). Такой комбинированный подход — использование лазеров и нейтронов —редко применяется при изучении неравновесных состояний, говорится в пресс-релизе.

Эксперимент увенчался успехом и принес неожиданные результаты: измерения показали, что материал нарушает так называемый принцип детального равновесия. В равновесной системе этот принцип устанавливает предсказуемую связь между процессами поглощения и отдачи энергии. Под воздействием быстрых лазерных импульсов это равновесие нарушилось: данные, полученные с помощью нейтронов, выявили избыточные сигналы, наблюдавшиеся только с одной стороны.

Еще удивительнее то, что неравновесное состояние не исчезло быстро. Избыток магнонов сохранялся, что указывает на то, что исследователи наблюдали не просто кратковременный нагрев, а долгоживущее неравновесное стационарное состояние, поддерживаемое периодическими лазерными импульсами.

«До сих пор никто напрямую не исследовал нарушение принципа детального равновесия в системе конденсированного состояния, — сказала Хуа Чэнюнь из команды исследователей. — Теоретически это вполне возможно, но увидеть такое в эксперименте — просто потрясающе».

Исследование закладывает основу для изучения неравновесных квантовых систем, а также открывает новые перспективы в сфере квантовых вычислений. Оно помогает лучше понять природу новых квантовых материалов и изучить возможности их исследования с помощью квантовых компьютеров, а также потенциал их применения в информационных технологиях.

Исследователи из США заявили недавно, что нашли более простой путь к термоядерной энергии. Они предложили «кратчайший путь» к состоянию зажигания — моменту, когда плазма начинает поддерживать необходимую температуру за счет собственных реакций синтеза.