Исследователи обнаружили отталкивание частиц в конденсате Бозе-Эйнштейна

Российские и немецкие физики в новом исследовании впервые показали, что магноны — квазичастицы, обуславливающие магнетизм — внутри конденсата ведут себя отталкивающим образом, что приводит к стабилизации конденсата. О своей работе ученые рассказали в статье журнала Nature Communications.

Особенностью конденсата Бозе-Эйнштейна является то, что частицы в этой системе не отличаются друг от друга и находятся преимущественно в одном и том же квантово-механическом состоянии. Таким образом, состояние может быть описано одной волновой функцией. Это приводит, например, к таким свойствам, как сверхтекучесть, которая характеризуется ее нулевой диссипацией при движении конденсата при низких температурах. Конденсат Бозе-Эйнштейна из магнонов до сих пор является одним из немногих так называемых макроскопических квантовых явлений, которые можно наблюдать при комнатной температуре.

Ранее процессы в конденсате изучались исключительно в однородных магнитных полях — то есть в магнитных полях, которые одинаково сильны в каждой точке и в которых линии поля равномерно направлены в одном направлении. Авторы новой работы, как и в предыдущих исследованиях, возбуждали магноны, образующие бозе-эйнштейновский конденсат с помощью микроволнового резонатора, который генерировал поля с частотами в микроволновом диапазоне. 

В текущем эксперименте они, однако, ввели дополнительную так называемую потенциальную яму, которая соответствует неоднородному статическому магнитному полю, что создает силы, действующие на конденсат. Это позволило ученым непосредственно наблюдать взаимодействие магнонов в конденсате.

Для этого они использовали метод спектроскопии рассеяния света по Бриллюэну. Это включало регистрацию локальной плотности магнонов с помощью зондирующего лазерного луча, сфокусированного на поверхности образца. Таким образом, исследователи зафиксировали пространственное перераспределение плотности конденсата при различных экспериментальных условиях. Собранные данные позволили исследователям сделать вывод о том, что магноны в конденсате отталкиваются, тем самым сохраняя стабильность конденсата.

Кроме того, исследователи наблюдали два характерных момента диссипации, т. е. диссипацию энергии и импульса от конденсата к другим состояниям. Время диссипации импульса — момент, описывающий механическое состояние движения физического объекта — оказалось очень долгим.

До сих пор использование конденсатов из магнитных частиц было затруднено главным образом из-за короткого срока службы конденсата. «Наша реализация движущегося конденсата и исследование переноса магнонов, а также открытие двух различных времен показывают, что время жизни не имеет ничего общего с диссипацией импульса движущегося конденсата», — говорит первый автор статьи доктор Игорь Борисенко. Таким образом, полученные результаты могут открыть новые перспективы для применения магнонных конденсатов в будущих информационных технологиях.

Понравился наш материал? Подписывайся на «Популярный университет» в социальных сетях: ВКонтакте, Facebook, Twitter, Telegram.