Fysikere 'observerede' Schrödingers kat med ny 'pels'

I fysik er Schrödingers kat en allegori for to af kvantemekanikkens mest imponerende effekter:

sammenfiltring og superposition.Forskere fra Dresden og München har nu observeret denne adfærd i meget større skala end de mindste partikler. Indtil nu har man vidst, at materialer med egenskaber som magnetisme har såkaldte domæner – øer, hvor materialernes egenskaber er ensartede. Hvis disse var farver, ville de være sorte og hvide øer. Men ved at studere lithium-holmiumfluorid (LiHoF 4) opdagede fysikere en helt ny faseovergang, hvor domænerne pludselig udviser kvantemekaniske egenskaber, hvilket får deres egenskaber til at blive viklet ind (forbliver både sorte og hvide).

"Vores "kvantekat" har nu fået en ny "pels",fordi vi har opdaget en ny kvantefaseovergang i LiHoF 4, som man ikke tidligere vidste eksisterede,” siger Matthias Vojta, leder af afdelingen for teoretisk faststoffysik ved det tekniske universitet i Dresden.

Egenskaber som magnetisme ellersuperledning opstår som følge af faseovergange af elektroner i krystaller. For faseovergange ved temperaturer, der nærmer sig det absolutte nulpunkt ved -273,15°C, kommer kvantemekaniske effekter såsom sammenfiltring og kvantefaseovergange i spil.

Ved meget lave temperaturer virker LiHoF 4som en ferromagnet, hvor alle magnetiske momenter er spontant rettet i én retning. Hvis et magnetfelt påføres nøjagtigt lodret i forhold til den foretrukne magnetiske retning, vil de magnetiske momenter ændre retning, kendt som fluktuationer. Jo højere magnetfeltstyrken er, jo stærkere bliver disse fluktuationer, indtil ferromagnetismen til sidst forsvinder fuldstændigt i en kvantefaseovergang. Dette fører til sammenfiltring af tilstødende magnetiske momenter. "Hvis du bringer en prøve af LiHoF 4 til en meget stærk magnet, vil den pludselig holde op med at være spontant magnetisk. Det har været kendt i 25 år,” siger Vojta.

Det nye er, hvad der sker, når duændre retningen af ​​magnetfeltet. "Vi fandt ud af, at kvantefaseovergangen fortsætter med at forekomme, hvorimod man tidligere troede, at selv den mindste hældning af magnetfeltet straks ville undertrykke det," forklarer studiets medforfatter Christian Pfleiderer, professor i topologi af korrelerede systemer ved det tekniske universitet af München. Under disse forhold er det dog ikke individuelle magnetiske momenter, der gennemgår kvantefaseovergange, men derimod store magnetiske områder, de såkaldte ferromagnetiske domæner.

"Vi brugte sfæriske prøver til vorespræcisionsmålinger. Det var det, der gjorde det muligt for os præcist at studere adfærden af ​​små ændringer i magnetfeltets retning,” tilføjer Andreas Wendl, der udførte eksperimenterne som en del af sin doktorafhandling.

”Vi har opdaget en helt ny type kvantefaseovergange, hvor sammenfiltring sker på skalaen af ​​mange tusinde atomer, og ikke kun i mikrokosmos af få, forklarer Vojta. "Hvis du forestiller dig de magnetiske domæner som et sort-hvidt mønster, får den nye faseovergang de hvide eller sorte områder til at blive uendeligt små, det vil sige, de skaber et kvantemønster og ikke helt opløses." En nyudviklet teoretisk model forklarer med succes de data, der er opnået fra eksperimenterne.

Læs mere:

De første billeder af den underjordiske del af Mars overraskede videnskabsmænd

En galakse beliggende 12 milliarder lysår fra Jorden 'krøllede sammen' til en Einstein-ring

Planten på Mars producerer ilt med samme hastighed som et gennemsnitligt træ