Вюрцбургская лаборатория физиков-экспериментаторов обнаружила эффект спинарона - явление, которое ставит под сомнение традиционные представления о магнитных взаимодействиях в квантовых материалах.
Под руководством профессора Маттиаса Боде и доктора Артема Одобеско эти ученые расширяют границы квантовых исследований и меняют наше представление о теоретической квантовой физике.Создание условий для открытий
Чтобы раскрыть тайны эффекта Спинарона, команда исследователей разместила отдельные атомы кобальта на медной поверхности в своей лаборатории, оснащенной по последнему слову техники. Затем они понизили температуру до ошеломляющих 1,4 Кельвина (-271,75° Цельсия) и подвергли атомы воздействию мощного внешнего магнитного поля. Для этого эксперимента потребовался дорогостоящий магнит, что подчеркивает редкость и значимость полученных результатов.
Роль атомов кобальта и электронов меди
С помощью сканирующего туннельного микроскопа исследователи смогли наблюдать отдельные атомы кобальта и измерять их спин, подобно северному и южному магнитным полюсам. Этот важнейший шаг привел к неожиданным открытиям. Осадив магнитный атом кобальта на немагнитное медное основание в виде пара, исследователи вызвали взаимодействие между атомом кобальта и электронами меди.
Оспаривание устоявшихся теорий
С 1960-х годов физики твердого тела для объяснения взаимодействия между кобальтом и медью используют эффект Кондо. Согласно этой теории, различные магнитные ориентации атома кобальта и электронов меди аннулируют друг друга, в результате чего образуется "облако Кондо", в котором электроны меди связываются с атомом кобальта.Однако Боде и его команда углубились в исследование и подтвердили альтернативную теорию, предложенную теоретиком Самиром Лунисом из Форшунгсцентра Юлих в 2020 году. Они использовали силу интенсивного внешнего магнитного поля и с помощью железного наконечника в сканирующем туннельном микроскопе определили магнитную ориентацию кобальта. В результате был обнаружен динамический спин, который постоянно переключался между положительным и отрицательным состояниями, возбуждая электроны меди и приводя к возникновению эффекта спинарона.
Понимание эффекта спинарона
Боде сравнивает состояние атома кобальта с вращающимся мячом для регби в лунке. Подобно тому, как при непрерывном вращении мяча для регби окружающие его шарики смещаются волнообразно, электроны меди колеблются и связываются с атомом кобальта из-за изменения его намагниченности. Это сочетание намагниченности атома кобальта и связанных с ним электронов меди и есть то самое явление, которое коллеги из Юлиха предсказали как эффект спинарона.
Последствия для квантовой физики и технологических инноваций
Открытие эффекта спинарона ставит под сомнение давно устоявшиеся представления о магнитных взаимодействиях в квантовых материалах.
Оно открывает новые пути для исследований и прокладывает дорогу к революционным технологическим инновациям. Понимание и использование этого явления позволит ученым открыть новые возможности в таких областях, как квантовые вычисления, хранение данных и современная электроника.
Профессор Маттиас Боде подчеркивает важность полученных результатов: "Измерение отдельных атомов кобальта и исследование корреляционных эффектов в квантовых материалах является центральным элементом нашей миссии. Обнаруженный нами эффект спинарона обещает в будущем стать основой инновационных технологий".