Fizicienii identifică magnetismul „octupolar”, cu implicații pentru tehnologiile cuantice
Cercetătorii de la Universitatea din Toronto au stabilit o metodă nouă pentru observarea stărilor magnetice cuantice, folosind lumina pentru a investiga vibrațiile atomice produse de rotirea electronilor. Descoperirea reprezintă un pas important către valorificarea magnetismului multipolar în tehnologii practice, inclusiv dispozitive de stocare a datelor și de calcul de generație următoare.
Majoritatea magneților au doi poli — nord și sud — într-o configurație familiară numită „dipol”. Totuși, avansurile recente din mecanica cuantică au dezvăluit ordine superioare de magnetism, inclusiv o „ordine octupolară”, în care un model de particule aranjate într-o structură cristalină se comportă ca și cum ar avea opt poli magnetici în loc de doi. Detectarea și controlul acestor stări magnetice eluzive reprezintă însă o provocare semnificativă.
„Am identificat noi semnături ale unui tip ascuns de stare magnetică, care nu poate fi detectată cu sonde obișnuite”, a declarat Arun Paramekanti, profesor în Departamentul de Fizică și în Centrul pentru Informație Cuantică și Control Cuantic din cadrul Facultății de Arte și Științe a Universității din Toronto, autor principal al studiului publicat în Physical Review Letters. „Cercetarea noastră deschide posibilitatea utilizării magneților de ordin superior în mai multe aplicații, inclusiv în elemente de memorie read-write controlabile, întâlnite în calculatoarele de zi cu zi.”
Vibrațiile atomice dezvăluie ordine magnetică ascunsă
Cercetătorii au descoperit că luminarea unui material cristalin și declanșarea unor vibrații minuscule în structura sa atomică relevă modele magnetice care sunt în mod normal invizibile pentru tehnicile convenționale. Ei s-au concentrat asupra pachetelor de energie vibrațională care se deplasează prin rețeaua cristalină a unui solid, cunoscute sub numele de fononi. Mai exact, au căutat fononi chirali — cei care nu corespund propriei imagini în oglindă.
„La fel cum o mână stângă nu se potrivește curat peste o mână dreaptă, deși sunt imagini în oglindă, fononii chirali au o «stângăcie» și există în forme distincte, care nu se potrivesc”, a explicat Rory Sutcliffe, candidat la doctorat în Departamentul de Fizică și autor principal al studiului.
Această stângăcie s-a dovedit a fi esențială. Cercetătorii au constatat că stările magnetice octupolare ascunse lasă o semnătură unică în aceste vibrații, care poate fi detectată cu ajutorul luminii. Direcționând un tip special de lumină rotativă spre materialele magnetice, echipa a observat o amprentă optică clară a ordinii magnetice altfel ascunse.
„Am descoperit că apariția ordinii octupolare poate imprima o stângăcie distinctă anumitor moduri fononice”, a declarat Swati Chaudhary, asociat de cercetare la Universitatea din Tokyo și coautor al studiului. „Aceste vibrații se comportă diferit față de cele întâlnite în magneții convenționali, așa că le numim fononi «pseudo-chirali», și oferă o modalitate nouă de identificare și studiere a stărilor magnetice ascunse.”
Direcții viitoare pentru controlul magnetismului octupolar
Kathleen Hart, candidat la doctorat în Departamentul de Fizică și coautor al studiului, a explicat: „Lucrarea noastră oferă o nouă sondă optică pentru ordinele magnetice ascunse, care sunt dificil de detectat prin tehnici standard, și pune bazele modului în care un astfel de magnetism octupolar ar putea fi eventual controlat prin vibrațiile atomice din interiorul unui material.”
Descoperirile oferă un instrument nou pentru dezvăluirea și manipularea formelor de magnetism anterior inaccesibile, deschizând noi căi pentru dezvoltarea tehnologiilor cuantice.
