Spin-Zone: Physiker bekommen 1. Blick auf seltsame Quantum Magnetismus

Mit Super-gekühlten Atomen, haben Physiker zum ersten Mal ein seltsames Phänomen beobachtet Quantum Magnetismus, gefordert, die das Verhalten einzelner Atome beschreibt, wie sie wie winzige Stabmagneten handeln.

Quanten-Magnetismus ist ein bisschen anders aus klassischen Magnetismus, die Art, wie Sie sehen, wenn man sich ein Magnet für Kühlschrank, weil einzelne Atome eine Qualität genannt Spin, die quantisiert ist haben, oder in einzelnen Staaten (in der Regel nach oben oder unten genannt). Das Verhalten der einzelnen Atome zu sehen zu tun, obwohl, wurde hart denn es erforderte Kühlung Atome zu extrem kalten Temperaturen und einen Weg zu "trap them" finden.

Die neue finden, detaillierte in der 24 Mai-Ausgabe der Zeitschrift Science, öffnet auch die Tür zum besseren Verständnis physikalische Phänomene, wie Supraleitung, das scheint die kollektive Quanteneigenschaften einiger Materialien verbunden werden. [Verdreht Physik: 7 mind-blowing Ergebnisse]

Spin-Wissenschaft

Das Forscherteam an der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich konzentrierte sich auf Atome Spin, weil Magnete magnetische macht — die Spins der Atome in einer Bar Magnet sind wies den gleichen Weg.

Um eine klare Sicht auf Atome Spin Verhalten zu erhalten, mussten die Forscher Kaliumatome absoluten Nullpunkt in der Nähe von cool. Auf diese Weise, die thermische "Rauschen" – im Grunde Hintergrund-Strahlung und Wärme – nicht verderben den Blick vom Gedränge der Kaliumatome herum.

Die Wissenschaftler dann erstellt eine "optische Gitter" — eine überkreuzte Reihe von Laserstrahlen. Die Strahlen gegenseitig stören und Regionen der hohen und niedrigen potenziellen Energie zu schaffen. Neutrale Atomen ohne Gebühr werden tendenziell sitzen in das Gitter "Wells," die Regionen der niedrigen Energie sind.

Sobald das Gitter aufgebaut ist, werden die Atome manchmal zufällig "durch die Seiten der Brunnen, tunnel" weil die Quantennatur der Partikel sie an mehreren Orten gleichzeitig sein, oder unterschiedliche Mengen an Energie haben können. [Quantenphysik: die coolsten kleine Partikel in der Natur]

Ein weiterer Faktor, der bestimmt, wo die Atome liegen in der optischen Gitter ihre oben oder unten drehen. Zwei Atome können nicht in der gleichen sein, auch wenn ihre Spins identisch sind. Das bedeutet, dass Atome haben eine Tendenz zum Tunnel in Vertiefungen mit anderen, die entgegengesetzte Spins haben. Nach einer Weile sollte eine Linie der Atome spontan, mit Drehungen in einem nicht-zufälligen Muster organisieren sich selbst. Diese Art von Verhalten unterscheidet sich von Materialien in der makroskopischen Welt, deren Ausrichtungen vielfältige dazwischen Werte haben können; Dieses Verhalten ist auch, warum die meisten Dinge sind Magnete nicht — die Spins der Elektronen in den Atomen orientieren sich nach dem Zufallsprinzip und gegenseitig aufheben.

Und das ist genau das, was die Forscher gefunden. Die Spins der Atome organisieren, zumindest auf der Skala das Experiment untersucht.

"Die Frage ist was sind die magnetischen Eigenschaften dieser eindimensionalen Ketten?", sagte Tilman Esslinger, Professor für Physik an der ETH Zürich deren Labor Experimente haben. "Habe ich Materialien mit diesen Eigenschaften? Wie diese Eigenschaften kann nützlich sein?"

Quanten-Magnetismus

Dieses Experiment eröffnet Möglichkeiten für eine Erhöhung der Anzahl der Atome in einem Gitter und zweidimensionale, gitterähnlichen Arrangements von Atomen und möglicherweise dreieckigen Gittern sowie selbst zu schaffen.

Eine Debatte unter Experten ist, ob bei größeren Maßstäben die spontane Anordnung der Atome in der gleichen Weise geschehen würde. Ein Zufallsmuster würde bedeuten, dass in einem Block von Eisen-Atome, zum Beispiel eine genauso wahrscheinlich, einen Spin nach oben oder unten Atom in eine beliebige Richtung zu sehen ist. Die Spin erklärt werden, in dem, was eine "Spin-Flüssigkeit" genannt wird – ein Mischmasch von Staaten. Aber es könnte sein, dass Atome spontan sich in größeren Maßstäben ordnen.

"sie haben die Stiftung zu verschiedenen theoretischen Themen legen", sagte Jong Han, Professor der kondensierten Materie Physik Theorie an der University of New York at Buffalo, wer nicht an der Forschung beteiligt war. "sie nicht wirklich die langreichweitige Ordnung zu schaffen, vielmehr wollten sie feststellen, dass sie eine lokalen magnetische Ordnung beobachtet haben."

Ob die Reihenfolge der Wissenschaftler fanden erstreckt sich auf größeren Skalen ist eine wichtige Frage, denn Magnetismus selbst die Spins der Atome, entspringt wenn sie alle Line-up. In der Regel sind die Spins zufällig ausgerichtet. Aber bei sehr niedrigen Temperaturen und kleine Schuppen, das ändert sich, und solche Quanten-Magnete Verhalten sich anders.

Han darauf hingewiesen, dass solche Gitter, vor allem Konfigurationen, wo die möglichen Vertiefungen mit anderen drei anstatt zwei oder vier, verbinden besonders interessant wäre. Esslinger Labor zeigte, dass Atome neigen dazu, zu potenziellen Brunnen zu springen, wo die Spins gegenüber sind; aber wenn die Brunnen so angeordnet sind, dass das Atom zu zwei anderen Atomen springen kann, es kann nicht "wählen", die gut um zu gehen, weil eines der beiden Atome immer in den gleichen Spin-Zustand sein wird.

Esslinger sagte, sein Labor will versuchen Gebäude zweidimensionalen Gitter und erkunden diese Frage. "Was passiert mit Magnetismus, wenn ich die Geometrie ändern? "Es ist nicht mehr klar, ob Drehungen nach oben oder unten sein sollte."

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