Dataöverföring som fungerar med hjälp av magnetiska vågor istället för elektriska strömmar:För många forskare, detta är grunden för framtida teknologier som kommer att göra överföringen snabbare och enskilda komponenter mindre och mer energieffektiva. Magnons, magnetismens partiklar, fungera som rörliga informationsbärare. För nästan 15 år sedan, forskare vid universitetet i Münster (Tyskland) lyckades för första gången uppnå ett nytt kvanttillstånd av magnoner vid rumstemperatur - ett Bose-Einstein-kondensat av magnetiska partiklar, även känd som en 'superatom, d.v.s. ett extremt tillstånd av materia som vanligtvis bara inträffar vid mycket låga temperaturer.

Sedan dess, det har varit märkbart att detta Bose-Einstein-kondensat förblir rumsligt stabilt – även om teorin förutspådde att kondensatet av magnoner, som är attraktiva partiklar, borde kollapsa. I en nyligen genomförd studie, forskarna har nu för första gången visat att magnonerna i kondensatet beter sig på ett frånstötande sätt, vilket leder till stabilisering av kondensatet. "På det här sättet, vi löser en långvarig motsättning mellan teorin och experimentet, " säger Prof. Sergej O. Demokritov som ledde studien. Resultaten kan vara relevanta för utvecklingen av framtida informationsteknologier. Studien publicerades i tidskriften Naturkommunikation .

Bakgrund och metod:

Det speciella med Bose-Einstein-kondensatet är att partiklarna i detta system inte skiljer sig från varandra och är övervägande i samma kvantmekaniska tillstånd. Tillståndet kan därför beskrivas med en enda vågfunktion. Detta resulterar, till exempel, i egenskaper som superfluiditet, som kännetecknas av dess nollförlust under kondensatets rörelse vid låga temperaturer. Bose-Einstein-kondensatet av magnoner är än så länge ett av få så kallade makroskopiska kvantfenomen som kunde observeras vid rumstemperatur.

Tidigare, processerna i kondensatet hade studerats uteslutande i homogena magnetfält — d.v.s. i magnetfält som är lika starka i varje punkt och där fältlinjerna pekar jämnt i en riktning. Som tidigare, använda en mikrovågsresonator, som genererade fält med frekvenser i mikrovågsområdet, forskarna exciterade magnoner som bildade ett Bose-Einstein-kondensat. I det aktuella experimentet, de, dock, introducerade ytterligare en så kallad potentiell brunn, som motsvarar ett inhomogent statiskt magnetfält, vilket skapar krafter som verkar på kondensatet. Detta gjorde det möjligt för forskarna att direkt observera interaktionen mellan magnonerna i kondensatet.

För det här syftet, de använde en metod för Brillouin ljusspridningsspektroskopi. Detta innebar att registrera den lokala densiteten hos magnonerna med sonderande laserljus fokuserat på provets yta. På det här sättet, forskarna registrerade den rumsliga omfördelningen av kondensatdensiteten vid olika experimentella förhållanden. De insamlade uppgifterna gjorde det möjligt för forskarna att dra den bestämda slutsatsen att magnonerna i kondensatet interagerar på ett frånstötande sätt, därigenom håller kondensatet stabilt.

Dessutom, forskarna observerade två karakteristiska tider av försvinnande, d.v.s. förlust av energi och momentum från kondensatet till andra tillstånd. Tiden för momentumförlust – momentumet beskriver det mekaniska rörelsetillståndet för ett fysiskt objekt – visade sig vara mycket lång. "Detta kan vara det första experimentella beviset för eventuell magnetisk superfluiditet vid rumstemperatur, " betonar Sergej Demokritov.

Tills nu, användningen av kondensat från magnetiska partiklar har försvårats främst på grund av kondensatets korta livslängd. "Vår insikt om kondensat i rörelse och undersökning av magnontransport samt upptäckt av två olika tider visar att livslängden inte har något att göra med det rörliga kondensatets momentumförlust, " säger första författaren Dr. Igor Borisenko. Resultaten kan därför öppna nya perspektiv för magnons tillämpningar i framtida informationsteknologier.