Физики впервые получили магнитную сверхтекучую жидкость

Ученые смогли создать систему, которая ведет себя как сверхтекучая жидкость с магнитными свойствами. Они смогли наблюдать это в лазерной ловушке при близкой к абсолютному нулю температуре. Результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters.

В ультрахолодных квантовых газах частицы могут взаимодействовать друг с другом в необычных режимах. Например, в рамках сверхтекучести. Многие новые свойства таких объектов объясняются переходом в состояние конденсата Бозе—Эйнштейна, в котором множество частиц занимает одно квантовое состояние, из-за чего их поведение оказывает очень сильно скоррелированным.

В новой работе физики из Университета Париж-север XIII (Франция) охладили 40 000 атомов хрома до 400 нанокельвинов, чтобы получить конденсат Бозе—Эйнштейна. В результате все атомы перешли на самый низкий энергетический уровень, в котором они обладают ненулевым магнитным моментом спина. Спины всех атомов в облаке атомов в форме мяча для регби направили в одну сторону, поместив их во внешнее магнитное поле, сила которого постепенно увеличивалась вдоль конденсата. Из-за этого поля соседние спины формировали пары, после чего они стремились быть направленными в одну сторону. Затем с помощью радиочастотного импульса ученые развернули спины на 90° и стали наблюдать за возникшей динамикой.

Если бы магнитное поле было однородным, то спины всех атомов начали бы изменять направление с одинаковой частотой и оставались бы параллельными. В случае неоднородного поля, но в отсутствии спаривания между спинами, они начали бы вращаться с разными частотами, что разрушило бы параллелизм. Однако в данной системе с неоднородным полем и взаимодействием спины начали колебаться около изначальных положений с амплитудой, зависящей от положения в пространстве, при этом в существенной степени оставаясь направленными в одну сторону.

Такое коллективное поведение спинов соответствует ферромагнитной жидкости, то есть неупорядоченному телу, в котором возникает сильная намагниченность в присутствии внешнего поля. Также подобное поведение можно описать как спиновую волну, которая наблюдается в жидкостях и твердых телах, где близкое расположение атомов способствует взаимодействию между соседними спинами. Однако конденсат Бозе—Эйнштейна примерно в 10 миллионов раз более разреженный, чем обычные тела в конденсированном состоянии. Такую динамику в подобной системе наблюдали впервые.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.