Experiment baserade på atomer i en skakad konstgjord kristall gjord av ljus ger ny insikt i fysiken hos kvantmångkroppssystem, som kan bidra till utvecklingen av framtida datalagringstekniker.

Hastigheten att skriva och läsa ut magnetisk information från lagringsenheter är begränsad av den tid det tar att manipulera databäraren. För att påskynda dessa processer, forskare har nyligen börjat utforska användningen av ultrakorta laserpulser som kan byta magnetiska domäner i material i fast tillstånd. Denna väg visade sig vara lovande, men de underliggande fysiska mekanismerna är fortfarande dåligt förstådda. Detta beror till stor del på komplexiteten hos de inblandade magnetiska materialen, där ett stort antal magnetiska enheter interagerar med varandra. Sådana så kallade kvantmångkroppssystem är notoriskt svåra att studera.

Frederik Görg och hans kollegor i gruppen av professor Tilman Esslinger vid institutionen för fysik vid ETH Zürich (Schweiz) har nu använt ett alternativt tillvägagångssätt för att få ny insikt om fysiken som spelar i dessa system, som de rapporterar i en publikation som publiceras idag i tidskriften Natur .

Görg och hans medarbetare simulerade magnetiska material med hjälp av elektriskt neutrala (men magnetiska) atomer som de fångade i en konstgjord kristall gjord av ljus. Även om detta system skiljer sig mycket från lagringsmaterialet de emulerar, båda styrs av liknande grundläggande fysiska principer. I motsats till en solid state-miljö, dock, många oönskade effekter till följd av till exempel föroreningar i materialet saknas och alla nyckelparametrar i systemet kan finjusteras. Utnyttja denna minskning av komplexitet och grad av kontroll, teamet kunde övervaka de mikroskopiska processerna i deras kvantsystem med många kroppar och identifiera sätt att förbättra och manipulera den magnetiska ordningen i deras system.

Viktigast, ETH-fysikerna visade att genom kontrollerad skakning av kristallen där atomerna finns, de kunde växla mellan två former av magnetisk ordning, känd som anti-ferromagnetisk och ferromagnetisk ordning – en viktig process för datalagring. Den grundläggande förståelsen som erhållits från dessa experiment bör därför hjälpa till att identifiera och förstå material som kan tjäna som grund för nästa generations datalagringsmedia.