首页 > 资讯 > 消息正文

用量子磁体模拟光的研究

发布:optics1    |    2018-06-11 23:49    阅读:547
分享:
      

来自日本冲绳和瑞士菲利根的报道,2018年6月8日

一个关于磁体量子性质的理论为有关光的“涌现”假说奠定了基础。早在几年前,日本冲绳科学技术研究所(OIST)的研究人员就提出预测:存在一种特征标志,它可以表明量子自旋冰内存在着光的“涌现”现象。研究人员报告称,他们现在在一种名为“镨铪酸盐”(Pr2Hf2O7)的材料中观察到了这种特征标志。

图1 量子自旋冰内理论上的中子散射图示。请注意特征夹点(圆圈圈出来的部分),它是一个中子反射的蝴蝶结形状图案。在此致谢提供图片的日本冲绳科学技术研究所(OIST)

为了检验这个理论,来自瑞士保罗谢勒研究所(PSI)的研究人员利用无缺陷、无杂质的纯净晶体展开了研究,这种晶体在50毫开尔文(比绝对零度之上的十分之一度还低)的低温下会产生一个量子自旋冰材料的完美晶体,研究人员正是利用这种完美晶体来检验假设。

随后,该晶体被转送到美国橡树岭国家实验室(ORNL)。ORNL拥有一个960面的超级反射镜,镜子的每个表面都覆盖着可选择性反射不同类型中子的合金,研究人员结合实验室的HYSPEC仪器来使用这个反射镜,获得了中子反射图案的三维展示分析。

图2 镨铪酸盐(Pr2Hf2O7)的量子自旋冰原子晶格结构模型。在此致谢提供图片的日本冲绳科学技术研究所(OIST)

研究人员利用欧洲冯·劳埃和郎之万研究所(ILL)的仪器绘制了散射中子图,同时测量了散射粒子的极化程度,并绘制了这些粒子产生的能量特征。中子反射的图示展现了所谓的夹点,这是量子自旋冰的特征,当在低温下扫描自旋冰时,夹点会以一种强烈暗示了光“涌现”现象存在的方式消失。

为了确定“涌现”光的速度,研究人员Han Yan对实验数据进行了分析。最后他测得是每秒3.6米,大约跟一个人在四小时内跑马拉松的平均速度一样快。而常规形式的光子可以在少于1000秒的时间内传播过同样的距离。

日本冲绳科学技术研究所(OIST)的教授Nic Shannon说:“目前,我们不知道如何用除量子力学外的其他形式来解释这种结果,所以这看上去是我们确实已经观测到了光的‘涌现’。”

图3 日本冲绳科学技术研究所(OIST)量子物质理论学教授Nic Shannon和其学生Han Yan,在此致谢提供图片的日本冲绳科学技术研究所(OIST)

在20世纪后期,物理学家开始探索一种称为“涌现”的现象,它描述了在大群体中的粒子是如何表现出异于常规的现象,对“涌现”光的研究始于对被称为自旋冰的磁系统的研究。

在常规的磁体中,与每个原子相关联的磁场会指向同一个方向,而与常规磁体不同的是,自旋冰中的原子不会以磁性的方式排列,但它们仍然会共同作用,产生一个在原子尺度上波动的磁场。研究人员发现,当在自旋冰中突然引入新的电场时,涌现的电场会和磁场结合起来产生类似于光子的磁激励。

这项研究发表在了《自然 物理学》上。

来源: https://www.photonics.com/a63529/Study_Shows_How_Quantum_Magnets_Mimic_Light?refer=picks

本文受译者委托,享有该文的专有出版权,其他出版单位或网站如需转载,请与本站联系,联系email:mail@opticsjournal.net。否则,本站将保留进一步采取法律手段的权利。

免责声明

网站内容来源于互联网、原创,由网络编辑负责审查,目的在于传递信息,提供专业服务,不代表本网站及新媒体平台赞同其观点和对其真实性负责。如对文、图等版权问题存在异议的,请于20个工作日内与我们取得联系,我们将协调给予处理(按照法规支付稿费或删除),联系方式:021-69918579。网站及新媒体平台将加强监控与审核,一旦发现违反规定的内容,按国家法规处理,处理时间不超过24小时。最终解释权归《中国激光》杂志社所有。