Физики нашли неуловимую форму магнетизма. Ее предсказали 50 лет назад!

Еще в 1966 году японский физик Йосуке Нагаока выступил с идеей необычного нового механизма, который может вызвать ферромагнетизм — феномен, который заставляет магниты работать. Его идея имела смысл теоретически, но она никогда не наблюдалась в природных материалах. Теперь ученые воспроизвели это и лабораторно. Исследование опубликовали в журнале Nature.

Ученые смогли создать то, что они называют «экспериментальными сигнатурами» ферромагнетизма Нагаока (как его стали называть) в строго контролируемой, изготовленной на заказ квантовой электрической системе. Не смотря на то, что еще слишком рано использовать эту новую установку магнетизма в существующих разработках, открытие окажет большое влияние на развитие квантовых систем будущего.

Исследователи признаются, что когда они начали работать над проектом, они не думали, что эксперимент вообще получится. Самый простой способ понять ферромагнетизм Нагаоки — детская игра-головоломка, в которую нужно вставить скользящие блоки, которые вы должны собрать в рисунок. В России эта игра известна как «Пятнашки». В этой аналогии каждый блок представляет собой электрон со своим собственным спином или выравниванием. Когда электроны выравниваются в одном направлении, создается магнитное поле. Нагаока описал своего рода идеальную версию странствующего ферромагнетизма, когда электроны могут свободно перемещаться, а материал остается магнитным.

В версии головоломки Нагаоки все электроны выровнены в одном направлении — это означает, что, несмотря на то, что блоки головоломки перетасовываются, магнетизм системы в целом остается постоянным. Поскольку перетасовка электронов не имеет значения для общей конфигурации, системе требуется меньше энергии.

Схематическое объяснение ферромагнетизма Нагаоке на примере «Пятнашек»

Чтобы показать нагаокский ферромагнетизм в действии, ученые фактически построили двумерную решетку размером два на два, состоящую из квантовых точек — крошечных полупроводниковых частиц, которые потенциально могут образовать квантовые компьютеры следующего поколения. Вся система была охлаждена до уровня, близкого к абсолютному нулю (–272,99°C или –459,382°F), затем три электрона были захвачены внутри нее (оставив один блок головоломки пустым). Следующим шагом было демонстрация того, что решетка ведет себя как магнит, как предположил Нагаока.

Ученые использовали очень чувствительный электрический датчик, который мог расшифровать ориентацию спина электронов и преобразовать его в электрический сигнал, который мы могли бы измерить в лаборатории. Датчик показал, что система сверхмалых сверхчувствительных квантовых точек действительно выровняла спины электронов, как и ожидалось, естественно, предпочитая состояние с самой низкой энергией.

Раньше считалось, что это одна из самых сложных проблем в области физики, поэтому сейчас совершен значительный шаг вперед в нашем понимании как магнетизма и квантовой механики, так и ферромагнетизма. Теперь мы знаем, что он работает и на наноуровне.

В дальнейшем открытие должно помочь в разработке собственных квантовых компьютеров — устройств, способных выполнять вычисления, выходящие за рамки наших современных технологий. Опытные эксперименты, такие как реализация ферромагнетизма Нагаоке, дают важные ориентиры для разработки квантовых компьютеров и симуляторов будущего.

Подписывайтесь
на наши каналы в Telegram

«Хайтек»новостионлайн

«Хайтек»Dailyновости 3 раза в день

Первая полоса
Загадочную аномалию наблюдали в соседней галактики: ее спутники нацелились в сторону Млечного Пути
Космос
Альтернативная теория объясняет взрывы килоновых и образование урана
Космос
Яндекс Браузер научили дублировать видео, сохраняя интонации спикера
Новости
В Китае разработали крошечных роботов-трансформеров: они могут ехать и летать
Новости
Российские компании подписали этический кодекс для безопасного использования ИИ в медицине
Новости
Анализ крови находит ранние признаки рака и оценивает эффективность лечения
Наука
Белый хакер: что это за профессия и сколько платят?
Мнения
Управление рисками ИИ в программной инженерии
Мнения
Названы качества идеального партнера: что ценят женщины и мужчины
Новости
Российский алгоритм для анализа белков обогнал зарубежные аналоги по скорости и точности
Новости
России к 2030 году понадобятся миллионы специалистов по ИИ
Новости
Американки массово вшивают «лифчик» прямо в грудь: как работает технология
Новости
Темные фабрики: будущее промышленности без человека
Мнения
Астрономы открыли рекордно далекую от звезды суперземлю
Космос
Датские ученые омолодили стволовые клетки, изменив их «диету»
Наука
Биологи описали стратегии любви у мышей: защищаться или «странствовать»
Наука
Якутские инженеры создали боевого «Скорпиона» для битвы роботов
Новости
Количество DDoS-атак удвоилось в первом квартале 2025 года
Новости
Сдвиг поверхности земли при землетрясении зафиксировали из космоса
Космос
Не так уж жарко: выяснилось, какая погода была на Марсе в прошлом
Космос