Datatransmissie die werkt door middel van magnetische golven in plaats van elektrische stromen:voor veel wetenschappers dit is de basis van toekomstige technologieën die de transmissie sneller en individuele componenten kleiner en energiezuiniger zullen maken. Magnonen, de deeltjes van magnetisme, dienen als bewegende informatiedragers. Bijna 15 jaar geleden, onderzoekers van de Universiteit van Münster (Duitsland) zijn er voor het eerst in geslaagd een nieuwe kwantumtoestand van magnonen bij kamertemperatuur te bereiken - een Bose-Einstein-condensaat van magnetische deeltjes, ook wel bekend als een 'superatoom, ' d.w.z. een extreme toestand van materie die meestal alleen bij zeer lage temperaturen optreedt.

Vanaf dat moment, het is merkbaar dat dit Bose-Einstein-condensaat ruimtelijk stabiel blijft - hoewel de theorie voorspelde dat het condensaat van magnonen, die aantrekkelijke deeltjes zijn, zou moeten instorten. In een recente studie, de onderzoekers hebben nu voor het eerst aangetoond dat de magnonen in het condensaat zich afstotend gedragen, wat leidt tot de stabilisatie van het condensaat. "Op deze manier, we lossen een al lang bestaande tegenstelling tussen de theorie en het experiment op, " zegt prof. Sergej O. Demokritov die de studie leidde. De resultaten kunnen relevant zijn voor de ontwikkeling van toekomstige informatietechnologieën. De studie werd gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

Achtergrond en werkwijze:

Het bijzondere aan het Bose-Einstein condensaat is dat de deeltjes in dit systeem niet van elkaar verschillen en zich overwegend in dezelfde kwantummechanische toestand bevinden. De toestand kan daarom worden beschreven door een enkele golffunctie. Dit resulteert, bijvoorbeeld, in eigenschappen zoals superfluïditeit, die wordt gekenmerkt door zijn nuldissipatie tijdens de beweging van het condensaat bij lage temperaturen. Het Bose-Einstein-condensaat van magnonen is tot dusver een van de weinige zogenaamde macroscopische kwantumverschijnselen die bij kamertemperatuur konden worden waargenomen.

Eerder, de processen in het condensaat waren uitsluitend bestudeerd in homogene magnetische velden - d.w.z. in magnetische velden die op elk punt even sterk zijn en waarin de veldlijnen uniform in één richting wijzen. Zoals voorheen, met behulp van een microgolfresonator, die velden opwekte met frequenties in het microgolfbereik, de onderzoekers opgewonden magnons vormen een Bose-Einstein condensaat. In het huidige experiment zij, echter, een extra zogenaamde potentiaalput geïntroduceerd, wat overeenkomt met een inhomogeen statisch magnetisch veld, waardoor krachten ontstaan ​​die op het condensaat inwerken. Hierdoor konden de wetenschappers de interactie van de magnonen in het condensaat direct observeren.

Voor dit doeleinde, ze gebruikten een methode van Brillouin-lichtverstrooiingsspectroscopie. Dit omvatte het opnemen van de lokale dichtheid van de magnons met indringend laserlicht gericht op het oppervlak van het monster. Op deze manier, de onderzoekers registreerden de ruimtelijke herverdeling van de condensaatdichtheid bij verschillende experimentele omstandigheden. De verzamelde gegevens stelden de onderzoekers in staat om de harde conclusie te trekken dat de magnonen in het condensaat op een weerzinwekkende manier op elkaar inwerken, waardoor het condensaat stabiel blijft.

In aanvulling, de onderzoekers observeerden twee karakteristieke tijden van dissipatie, dat wil zeggen dissipatie van energie en momentum van het condensaat naar andere toestanden. De tijd van momentumdissipatie - het momentum beschrijft de mechanische bewegingstoestand van een fysiek object - bleek erg lang te zijn. "Dit kan het eerste experimentele bewijs zijn voor mogelijke magnetische superfluïditeit bij kamertemperatuur, " benadrukt Sergej Demokritov.

Tot nu toe, het gebruik van condensaten van magnetische deeltjes is vooral bemoeilijkt door de korte levensduur van het condensaat. "Onze realisatie van bewegend condensaat en onderzoek naar magnontransport, evenals ontdekking van twee verschillende tijden, tonen aan dat de levensduur niets te maken heeft met de impulsdissipatie van het bewegende condensaat, ", zegt eerste auteur Dr. Igor Borisenko. De resultaten kunnen daarom nieuwe perspectieven openen voor magnon-toepassingen in toekomstige informatietechnologieën.