Magnety, supravodiče a podobné materiály jsou fascinující díky svým vlastnostem. Aby toho nebylo málo, jejich vlastnosti se mohou spontánně měnit za extrémních podmínek. Německý tým Technische Universität Dresden (TUD) a Technische Universität München (TUM), který vedl Christian Pfleiderer z TUM, nedávno objevil doposud neznámý typ takových fázových přechodů.
Jsou projevem kvantového provázání (entanglementu), které zahrnuje množství atomů. Podobné jevy byly doposud pozorovány jen s málo atomy. Jde přitom o materiály, které vykazují určité vlastnosti, například magnetismus, v podobě domén (domains), souvislých „ostrovů“ daného materiálu, které celé nesou buď ten či onen stav dotyčné vlastnosti. Jako kdyby byly černé nebo bílé.
Pfleidererův tým pracoval s fluoridem lithia a holmia (LiHoF4). Narazili při tom na neznámý fázový přechod, při němž domény v materiálu překvapivě vykazují kvantově mechanické rysy jako celky. V důsledku toho jsou jejich stavy kvantově provázané, jako by byly černé a zároveň bílé. Matthias Vojta z TUD použil libozvučný příměr: „Naše kvantová kočka má nový kožíšek“ (německy rozkošně „Schrödingers Katze mit Quantenfell“). Vystopovali kvantový fázový přechod, který zatím, pokud víme, nikdo nikdy neviděl.
Jak podotýká Pfleiderer, během 30 let rozsáhlého výzkumu fázových přechodů ve kvantových materiálech vědci vždy předpokládali, že jde o spontánní jevy, které zahrnují vždy jen několik atomů současně. Tentokrát ale pozorovali kvantové provázání při fázovém přechodu v měřítku tisícovek atomů.
Klíčem podle všeho byla volba zmíněné sloučeniny, proslulé výstřední vlastnostmi. Už dlouho se ví, že se fluorid lithia a holmia za velmi nízkých teplot chová jako feromagnet, v němž všechny magnetické momenty spontánně míří stejným směrem. Při působení magnetického pole vertikálním směrem ke směru magnetických momentů dochází ke změnám směru těchto momentů, které se označují jako fluktuace.
S rostoucí silou magnetického pole se zvětšují i fluktuace, až nakonec dojde ke kvantovému fázovému přechodu, feromagnetismus zmizí a sousední magnetické momenty se kvantově provázají. Pfleiderer a spol. zjistili, že se to netýká jednotlivých momentů, ale celých feromagnetických domén, které zahrnují mnoho magnetických momentů mířících stejným směrem. Jejich výzkum otevírá dveře praktickým aplikacím, jako jsou například kvantové počítače nebo kvantové senzory.
Literatura
Vlnová funkce Schrödingerovy kočky
Autor: Stanislav Mihulka (09.02.2015)
Fyzici předpovídají skoky Schrodingerovy kočky a mohou ji konečně zachránit
Autor: Stanislav Mihulka (04.06.2019)
Kvantoví vědci stvořili kočku, která opravuje chyby
Autor: Stanislav Mihulka (17.08.2020)
Schrödinger? Nemravník. Zavrhnout!
Autor: Dagmar Gregorová (22.04.2022)
Diskuze:
Ochránci zvířat bijí na poplach: Schrödingerova kočka chcípla!
Josef Novák,2022-09-06 18:21:25
Věta "Při působení magnetického pole vertikálním směrem ke směru magnetických momentů..." mi nedává smysl. Vertikála by mohla možná být vedena k projekci směru magnetického momentu do horizontální roviny. Má to nějakou spojitost s gravitací? Potažmo s křivostí prostoru? Je tu někdo chtřejší než já (takže možná kdokoliv), kdo by toto téma mohl pojednat trochu více stravitelněji pro konzumní masy?
Re: Ochránci zvířat bijí na poplach: Schrödingerova kočka chcípla!
Jirka Naxera,2022-09-06 20:22:40
Originál jsem nečetl, takže jen odhad nejsnadnějšího překlepu - nebylo to pole prostě buď kolmé, nebo spíš opačné?
Edit: tak ono je to neúplné, v tom odkazované článku to pokračuje tím nejpodstatnějším... (dovolím si citovat víc):
If you then apply a magnetic field exactly vertically to the preferred magnetic direction, the magnetic moments will change direction, which is known as fluctuations. The higher the magnetic field strength, the stronger these fluctuations become, until, eventually, the ferromagnetism disappears completely at a quantum phase transition. This leads to the entanglement of neighboring magnetic moments. “If you hold up a LiHoF4 sample to a very strong magnet, it suddenly ceases to be spontaneously magnetic. This has been known for 25 years,” summarizes Vojta.
What is new is what happens when you change the direction of the magnetic field. “We discovered that the quantum phase transition continues to occur, whereas it had previously been believed that even the smallest tilt of the magnetic field would immediately suppress it,” explains Pfleiderer. Under these conditions, however, it is not individual magnetic moments but rather extensive magnetic areas, so-called ferromagnetic domains, that undergo these quantum phase transitions. The domains constitute entire islands of magnetic moments pointing in the same direction. “We have used spherical samples for our precision measurements. That is what enabled us to precisely study the behavior upon small changes in the direction of the magnetic field,” adds Andreas Wendl, who conducted the experiments as part of his doctoral dissertation.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
