infos.ro

Magnetul cuantic este de miliarde de ori mai rece decât spațiul interstelar

Autor:, www.newscientist.com

Un magnet format din atomi de iterbiu este cu doar o miliardime de grad mai cald decât zero absolut. Înțelegerea modului în care funcționează ar putea ajuta fizicienii să construiască supraconductori la temperatură înaltă


Fizică


1 septembrie 2022

Atom de iterbiu

Atomii de iterbiu au fost folosiți pentru a face un magnet foarte rece

Carlos Clarivan/Science Photo Library

Un nou tip de magnet cuantic este format din atomi cu doar o miliardime de grad mai cald decât zero absolut – iar fizicienii nu sunt siguri cum se comportă.

Un obișnuit magnet respinge sau atrage obiectele magnetice, în funcție de faptul dacă electronii din interiorul său sunt într-o stare de spin cuantic „sus” sau „jos”, o proprietate similară cu a avea un pol nord și sud aliniat într-o anumită direcție. Cu toate acestea, aceasta nu este singura proprietate care poate fi folosită pentru a construi un magnet.

Kaden Hazzard de la Universitatea Rice din Texas și colegii săi au folosit atomi de iterbiu pentru a face un magnet bazat pe o proprietate asemănătoare spinului care are șase opțiuni, fiecare etichetate cu o culoare.

Cercetătorii au închis atomii în vid într-o cutie mică de metal și sticlă, apoi au folosit raze laser pentru a le răci. Împingerea de la raza laser i-a făcut pe cei mai energici atomi să elibereze ceva energie, ceea ce scade temperatura generală, similar cu suflarea într-o ceașcă de ceai.

De asemenea, au folosit lasere pentru a aranja atomii în diferite configurații pentru a produce magneți. Unele erau unidimensionale ca un fir, altele erau bidimensionale ca o foaie subțire de material sau tridimensionale ca o bucată de cristal.

Atomii aranjați în linii și foi au ajuns la aproximativ 1,2 nanokelvin, de peste 2 miliarde de ori mai rece decât spațiul interstelar. Pentru atomii în aranjamente tridimensionale, situația este atât de complexă, încât cercetătorii încă descoperă cel mai bun mod de a măsura temperatura.

Atomii din experiment aparțin unui grup mai mare numit fermioni și au fost „cei mai reci fermioni din univers”, spune Hazzard. „Gândindu-mă la experimentarea asta acum 10 ani, părea ca visul unui teoretician”, spune el.

Fizicienii au fost de mult interesați de modul în care atomii interacționează în magneții exotici ca acesta, deoarece bănuiesc că interacțiuni similare au loc în supraconductorii de temperatură înaltă – materiale care conduc perfect electricitatea. Înțelegând mai bine ce se întâmplă, ei ar putea construi supraconductori mai buni.

Au fost calcule teoretice despre astfel de magneți, dar nu au reușit să prezică modelele exacte de stare a culorii sau cât de magnetici pot fi exact, spune coautorul Eduardo Ibarra-García-Padilla. El spune că el și colegii săi au efectuat unele dintre cele mai bune calcule de până acum în timp ce analizau experimentul, dar totuși au putut prezice doar culorile a opt atomi la un moment dat în configurațiile liniilor și foilor din miile de atomi din experiment. .

Victor Gurarie de la Universitatea din Colorado Boulder spune că experimentul a fost suficient de rece pentru ca atomii să înceapă „să acorde atenție” stărilor de culoare cuantică ale vecinilor lor, o proprietate care nu influențează modul în care interacționează atunci când sunt calde. Deoarece calculele sunt atât de dificile, experimente similare viitoare ar putea fi singura metodă pentru studierea acestor magneți cuantici, spune el.

Referința jurnalului: Fizica naturii, DOI: 10.1038/s41567-022-01725-6

Mai multe despre aceste subiecte:

You might also like