Các nhà nghiên cứu đã phát hiện một dao động spin tập thể chưa từng thấy trong ngưng tụ Bose-Einstein của các nguyên tử crom.
Trong khí lượng tử lượng tử cực lạnh, các tương tác tập thể giữa các hạt có thể dẫn đến nhiều dạng biểu hiện bất thường, chẳng hạn như siêu lỏng. Các nhà nghiên cứu hiện đã quan sát thấy hiện tượng tập thể mới trong khí spinor - một đám mây nguyên tử cực lạnh có cả tính chất từ và siêu lỏng. Laurent Vernac và các đồng nghiệp từ Đại học Paris 13 ở Villetaneuse đã phát hiện ra rằng từ trường có thể kích thích một dao động spin tập thể trong khí.
Nhóm nghiên cứu đã chuẩn bị một ngưng tụ Bose-Einstein dạng quả bóng bằng cách làm lạnh các nguyên tử crom đến 400 nK. Chúng làm thẳng hướng các spin của tất cả các nguyên tử với một từ trường bên ngoài có cường độ tăng dần theo chiều dài của chất ngưng tụ. Sau đó, họ xoay các spin một góc 90° bằng cách sử dụng xung tần số vô tuyến và quan sát động học của các nguyên tử. Trong một trường đồng nhất, các nguyên tử sẽ tiến động ở cùng một tần số, và spin của chúng sẽ vẫn song song. Trong một trường biến đổi theo không gian, các nguyên tử trong trường hợp không có tương tác lẫn nhau sẽ được kì vọng tiến động một cách độc lập ở các tần số khác nhau - làm xáo trộn tính song song. Nhưng những nguyên tử tương tác mạnh này lại biểu hiện khác nhau. Spin của chúng vẫn chủ yếu là song song, trong khi chúng dao động xung quanh các hướng ban đầu của chúng với một biên độ phụ thuộc vào vị trí.
Nhóm nghiên cứu cho rằng biểu hiện này đối với đám mây các nguyên tử hoạt động như một “sắt lỏng” (ferrofluid), một chất lỏng trở nên bị từ hóa cao khi chịu một từ trường. Trong một trạng thái lượng tử như vậy, các tương tác phụ thuộc mạnh vào spin giữa các nguyên tử khóa lại theo các hướng spin, dẫn đến dao động spin tập thể. Những kết quả này cho thấy rằng khí spinor có thể hiển thị các kích thích tập thể tương tự như các sắt từ thể rắn hoặc các sắt lỏng, mặc dù các loại khí này thường loãng hơn 10 triệu lần so với các phần đặc của chúng.
Nghiên cứu này được công bố trên tạp chí Physical Review Letters.
Nguồn: Phys. Rev. Lett. 121, 013201 (2018)
Trong khí lượng tử lượng tử cực lạnh, các tương tác tập thể giữa các hạt có thể dẫn đến nhiều dạng biểu hiện bất thường, chẳng hạn như siêu lỏng. Các nhà nghiên cứu hiện đã quan sát thấy hiện tượng tập thể mới trong khí spinor - một đám mây nguyên tử cực lạnh có cả tính chất từ và siêu lỏng. Laurent Vernac và các đồng nghiệp từ Đại học Paris 13 ở Villetaneuse đã phát hiện ra rằng từ trường có thể kích thích một dao động spin tập thể trong khí.
Nhóm nghiên cứu đã chuẩn bị một ngưng tụ Bose-Einstein dạng quả bóng bằng cách làm lạnh các nguyên tử crom đến 400 nK. Chúng làm thẳng hướng các spin của tất cả các nguyên tử với một từ trường bên ngoài có cường độ tăng dần theo chiều dài của chất ngưng tụ. Sau đó, họ xoay các spin một góc 90° bằng cách sử dụng xung tần số vô tuyến và quan sát động học của các nguyên tử. Trong một trường đồng nhất, các nguyên tử sẽ tiến động ở cùng một tần số, và spin của chúng sẽ vẫn song song. Trong một trường biến đổi theo không gian, các nguyên tử trong trường hợp không có tương tác lẫn nhau sẽ được kì vọng tiến động một cách độc lập ở các tần số khác nhau - làm xáo trộn tính song song. Nhưng những nguyên tử tương tác mạnh này lại biểu hiện khác nhau. Spin của chúng vẫn chủ yếu là song song, trong khi chúng dao động xung quanh các hướng ban đầu của chúng với một biên độ phụ thuộc vào vị trí.
Nhóm nghiên cứu cho rằng biểu hiện này đối với đám mây các nguyên tử hoạt động như một “sắt lỏng” (ferrofluid), một chất lỏng trở nên bị từ hóa cao khi chịu một từ trường. Trong một trạng thái lượng tử như vậy, các tương tác phụ thuộc mạnh vào spin giữa các nguyên tử khóa lại theo các hướng spin, dẫn đến dao động spin tập thể. Những kết quả này cho thấy rằng khí spinor có thể hiển thị các kích thích tập thể tương tự như các sắt từ thể rắn hoặc các sắt lỏng, mặc dù các loại khí này thường loãng hơn 10 triệu lần so với các phần đặc của chúng.
Nghiên cứu này được công bố trên tạp chí Physical Review Letters.
Nguồn: Phys. Rev. Lett. 121, 013201 (2018)
Comments
Post a Comment