Ученые получили новое состояние материи

Открытие совершила команда физиков из Германии и Польши.

Физики использовали квазичастицы магноны для формирования нового состояния материи, называемого пространственно-временным кристаллом, и изучили, как в этом состоянии вещество взаимодействует с другими квазичастицами. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Исследователи в области спинтроники стремятся использовать свойства электронных спинов материалов для разработки новых энергоэффективных информационных технологий, в которых для кодирования и передачи данных используют магноны — квазичастицы, соответствующие коллективному возбуждению спинов электронов.

Ученые из Германии и Польши под руководством Иоахима Грефе (Joachim Gräfe) из Института интеллектуальных систем Макса Планка обнаружили, что, когда электронные спиновые волны конденсируются, они образуют новое экзотическое состояние вещества, которое обладает повторяющимся рисунком как в пространстве, так и во времени.

Подобно тому, как в обычных кристаллах нарушается симметрия пространства, кристалл пространства-времени представляет собой изменяющуюся физическую систему, в которой симметрия сдвинута в том числе относительно времени.

Ученые выявили неожиданные свойства эйнштейния

Такие структуры, названные кристаллами пространства-времени, или темпоральными кристаллами, впервые получили экспериментально в 2017 году на основе неравновесных систем, симметрию в которых нарушали с помощью лазерного или микроволнового излучений. В 2019 году была предложена физическая модель квантового кристалла времени на основе системы кубитов с многочастичными нелокальными взаимодействиями.

Грефе и его коллеги создали свой пространственно-временной кристалл, применив радиочастотное поле к микрометровой полоске из сплава никеля и железа при комнатной температуре. Поле возбуждало магноны, которые образовывали динамический пространственный паттерн. Авторы сравнивают его с расположением шаров на бильярдном столе в случае, если бы бильярдные шары неоднократно возвращались в исходное коллективное состояние после рассеивания.

Исследователи изучили полученный кристалл пространства-времени и его взаимодействие с другими магнонами с помощью рентгеновской микроскопии. Когда на кристалл направляли другие квазичастицы, они распределялись также, как в самом кристалле. Этот процесс рассеяния производил ультракороткие магноны, точные длины волн которых можно было настраивать, изменяя параметры радиочастотного поля.

Исследователи говорят, что возможность легко реконфигурировать пространственно-временной кристалл в сочетании с его работой при комнатной температуре делает устройство подходящей платформой для информационных технологий на основе магнонов.