Experimenten op basis van atomen in een geschud kunstmatig kristal gemaakt van licht bieden nieuw inzicht in de fysica van kwantum veellichamensystemen, die kunnen helpen bij de ontwikkeling van toekomstige technologieën voor gegevensopslag.

De snelheid van het schrijven en uitlezen van magnetische informatie van opslagapparaten wordt beperkt door de tijd die nodig is om de gegevensdrager te manipuleren. Om deze processen te versnellen, onderzoekers zijn onlangs begonnen met het onderzoeken van het gebruik van ultrakorte laserpulsen die magnetische domeinen in vastestofmaterialen kunnen schakelen. Deze route bleek veelbelovend, maar de onderliggende fysieke mechanismen blijven slecht begrepen. Dit komt grotendeels door de complexiteit van de betrokken magnetische materialen, waarin een groot aantal magnetische entiteiten met elkaar interageren. Dergelijke zogenaamde quantum veel-lichamensystemen zijn notoir moeilijk te bestuderen.

Frederik Görg en zijn collega's in de groep van Prof. Tilman Esslinger in de afdeling Natuurkunde aan de ETH Zürich (Zwitserland) hebben nu een alternatieve benadering gebruikt om nieuw inzicht te krijgen in de fysica die in deze systemen speelt, zoals ze rapporteren in een publicatie die vandaag in het tijdschrift wordt gepubliceerd Natuur .

Görg en zijn collega's simuleerden magnetische materialen met behulp van elektrisch neutrale (maar magnetische) atomen die ze opsloten in een kunstmatig kristal gemaakt van licht. Zelfs als dit systeem heel anders is dan de opslagmaterialen die ze nabootsen, beide worden beheerst door vergelijkbare fysieke basisprincipes. In tegenstelling tot een solid-state omgeving, echter, veel ongewenste effecten als gevolg van bijvoorbeeld onzuiverheden in het materiaal zijn afwezig en alle belangrijke parameters van het systeem kunnen nauwkeurig worden afgesteld. Door gebruik te maken van deze vermindering van complexiteit en mate van controle, het team was in staat om de microscopische processen in hun kwantum veellichamensysteem te volgen en manieren te identificeren om de magnetische orde in hun systeem te verbeteren en te manipuleren.

Het belangrijkste is, de ETH-fysici hebben aangetoond dat door gecontroleerd schudden van het kristal waarin de atomen zich bevinden, ze konden schakelen tussen twee vormen van magnetische orde, bekend als anti-ferromagnetische en ferromagnetische ordening - een belangrijk proces voor gegevensopslag. Het fundamentele begrip dat uit deze experimenten is verkregen, zou daarom moeten helpen bij het identificeren en begrijpen van materialen die als basis kunnen dienen voor de volgende generatie media voor gegevensopslag.