Исследователи из Калифорнийского технологического института (Caltech) запустили «магнитную лавину» в материале с помощью квантового туннелирования. Это первая экспериментальная демонстрация эффекта Баркгаузена в квантовом материале. Результаты открытия найдут применение при разработке квантовых датчиков и других электрических устройств, считают ученые.

Эффект Баркгаузена — это совокупность маленьких магнитов, вращающихся группами. Мы проводим тот же эксперимент, который проводился много раз, но делаем его с квантовым материалом.

Кристофер Саймон, соавтор исследования

Для эксперимента ученые охладили кристаллы фторида лития, гольмия и иттрия до температуры, близкой к абсолютному нулю. Вокруг кристалла они установили катушку, которая генерировала магнитное поле. Анализ показал короткие всплески напряжения, когда электроны вращались группами и меняли свою магнитную ориентацию. Последовательность скачков напряжения, или эффект Баркгаузена, наблюдался, когда спиновые группы переворачиваются одна за другой.

Ферромагнитные материалы состоят из атомов с электронами, которые действуют как маленькие магниты. Обычно ориентации таких магнитов совпадают внутри одной области материала, но различаются в разных. Однако под действием магнитного поля, ориентации магнитов синхронизируются, и материал становится полностью намагниченным.

Выравнивание не происходит мгновенно. Под действием магнитного поля «домены» — разные участки материала — воздействуют на соседние области, вызывая постепенное лавинообразное распространение изменений. Этот эффект в феррогмагнетиках в 1919 году открыл Генрих Баркгаузен.

Традиционная модель описывает эти магнитные изменения с помощью термической активации: частицы должны на мгновение приобрести достаточную энергию, чтобы пересечь энергетический барьер, распространяя изменения. Однако новое исследование показывает, что эти изменения также могут происходить и с помощью квантового туннелирования.

Классически, каждая из мини-лавин происходит сама по себе. Но мы обнаружили, что посредством квантового туннелирования две лавины синхронизируются. Это результат того, что два больших ансамбля электронов общаются друг с другом и посредством своего взаимодействия производят эти изменения. Этот эффект совместного туннелирования стал для нас неожиданностью.

Дэниел Силевич, профессор физики в Калифорнийском технологическом институте

Читать далее:

ДНК Бетховена удивила ученых: что они выяснили

Ученые создали первый в мире алмазный транзистор: он работает при самых высоких температурах

Яркая вспышка в 800 млн световых лет от Земли показала скрытые «танцы черных дыр»

_{На обложке: Изображение от starline на Freepik, сведения о лицензии}