Физики изучили невидимые магнитные колебания без сверхскоростных приборов
Исследователи из Университета ИТМО совместно с нобелевским лауреатом по физике Фрэнком Вильчеком предложили новый способ изучать сверхбыструю динамику намагниченности в магнитных материалах с помощью низкочастотных сигналов. Метод позволит увидеть процессы, труднодоступные для наблюдения другими способами.
Исследование поддержано программой «Приоритет 2030» и Российским научным фондом, опубликована в журнале Physical Review Letters.
Магнитные материалы широко используются в устройствах: их можно встретить в трансформаторах, электродвигателях, датчиках, бытовой и медицинской технике и устройствах памяти. Ключевое отличие таких материалов от других — ненулевая намагниченность внутри структуры. Понимание того, как устроены ферромагнетики и антиферромагнетики, стало важным достижением квантовой физики XX века, однако новые исследования и открытия совершаются до сих пор.
Для быстродействия устройств, основанных на магнитных материалах, важно, чтобы намагниченность структуры могла быстро переключаться. Это свойство изучает специальное направление физики — сверхбыстрый магнетизм. Традиционно для «переключения» намагниченности материал облучают светом с частотой, большей, чем частота колебаний намагниченности. Но если намагниченность и так быстро меняется — у некоторых материалов она лежит в терагерцовой области (10¹² Гц) — этот подход почти перестает работать. Исследователи ИТМО в соавторстве с нобелевским лауреатом по физике Фрэнком Вильчеком предложили новый взгляд на решение проблемы.
«Представьте, что вы смотрите на вращающийся диск с белыми и черными полями. Если диск крутится медленно, вы успеваете различать контрастные области. Если же он вращается быстро, все сливается в сплошное серое поле, и различить участки разного цвета нельзя. При этом неважно, смотрите вы на диск глазами или, скажем, камерой. Важно только соотношение частоты вращения и характерных частот смены кадра, которые может воспринимать глаз или матрица камеры, — объясняет Максим Горлач, руководитель научного коллектива, ведущий научный сотрудник ИТМО. — Образно говоря, идея нашей работы в том, что увидеть что-то помимо серого поля возможно, даже если диск вращается очень быстро».
Вместо вращающегося диска исследователи рассмотрели магнитный материал, в котором под действием импульса происходят сверхбыстрые колебания намагниченности. В отличие от классического метода, для наблюдения этих колебаний физики использовали электромагнитную волну малой амплитуды — проходя через магнитный материал, она отражается, преломляется и меняет состояние поляризации (то есть направление колебаний электрического поля). Анализируя прошедший и отраженный свет, можно получить информацию о колебаниях намагниченности.
«На первый взгляд кажется, что если колебания намагниченности происходят очень быстро по сравнению с частотой падающей волны, они никак не повлияют на ее распространение. Но это не так: расчеты показали, что быстрые колебания намагниченности можно приближенно заменить эффективным аксионным полем. Величина его зависит не только от амплитуды намагниченности, но и от начальной фазы колебаний. Это аксионное поле, в свою очередь, влияет на распространение электромагнитной волны и меняет ее поляризацию. В итоге становится возможным узнать начальную фазу колебаний намагниченности даже если используемый сигнал — низкочастотный», — рассказывает Леон Шапошников, магистрант ИТМО и первый автор статьи.
При этом электродинамика некоторых магнитных материалов описывается такими же уравнениями, как и для гипотетических частиц, впервые предложенных проф. Вильчеком — аксионов. В этом случае говорят об эффективном аксионном отклике.
Помимо вклада в сверхбыстрый магнетизм, идеи ученых из ИТМО дополняют еще одну область науки, возникшую совсем недавно, — временные метаматериалы:
«В последние годы экспериментаторы научились быстро изменять параметры искусственных сред — метаматериалов — во времени. И физика таких сред оказалась очень богатой. Например, в них может происходить усиление света. Механизм похож на раскачивание качелей с помощью наклонов в взмахов ногами. И в том и в другом случае происходит параметрический резонанс. Однако пересечение областей временных метаматериалов и сверхбыстрого магнетизма оставалось совершенно неисследованным. Как показывает наша работа, в этом направлении есть большие перспективы», — объясняет Эдуардо Барредо, аспирант ИТМО и второй автор статьи.
Кстати, ранее команда из ИТМО смогла впервые понять, как возникает эффективное аксионное поле в метаматериалах. Этот результат исследователи описывали в предыдущей статье, опубликованной в Physical Review B.
Telegram 
Дзен 
VK Экономисты НИУ ВШЭ выяснили, что российские сотрудники, которые регулярно пользуются искусственным интеллектом в работе, зарабатывают намного больше тех, кто отказывается от новых инструментов или прибегает к ним время от времени. Среди высококвалифицированных специалистов прибавка достигает 41,8%.
Газовый гигант Elias 2-24b успел набрать массу Юпитера менее чем за миллион лет. Поскольку планета еще формируется, причем довольно далеко от своей звезды, объяснить столь быстрый рост трудно.
Спустя три года после начала испытательных полетов крупнейшую ракету и космический корабль в истории человечества объявили готовыми к первому запуску на орбиту. Причем его планируют сразу десятичасовым и с выводом большой группы спутников Starlink нового поколения. По пропускной способности один этот запуск добавит столько же, сколько десять запусков Falcon 9, современного лидера серийного земного ракетостроения.
Спустя три года после начала испытательных полетов крупнейшую ракету и космический корабль в истории человечества объявили готовыми к первому запуску на орбиту. Причем его планируют сразу десятичасовым и с выводом большой группы спутников Starlink нового поколения. По пропускной способности один этот запуск добавит столько же, сколько десять запусков Falcon 9, современного лидера серийного земного ракетостроения.
Анализ данных о почти 300 тысячах километров римских дорог, проложенных по территории бывшей империи, показал, что они вовсе не были такими прямыми, как принято считать. Кроме того, выяснилось, что известная поговорка «Все дороги ведут в Рим» тоже не соответствует истине.
Экономисты НИУ ВШЭ выяснили, что российские сотрудники, которые регулярно пользуются искусственным интеллектом в работе, зарабатывают намного больше тех, кто отказывается от новых инструментов или прибегает к ним время от времени. Среди высококвалифицированных специалистов прибавка достигает 41,8%.
Нейросеть OpenAI добилась серьезного прорыва в математике, решив одну из семи «задач тысячелетия». Получат ли США, чьи нейросети опираются на гораздо более мощное «железо», чем у Китая, монополию на конвейер научных открытий? Даст ли это возможности сравнимые с их атомной монополией 80 лет назад?
Сопротивление жителей Европы самой идее употребления насекомых в пищу может иметь эволюционные корни, уходящие вглубь тысячелетий, пришли к выводу авторы нового исследования. Оказалось, предки современных европейцев ели насекомых лишь эпизодически. Кроме того, из-за генетических мутаций они плохо переваривали их экзоскелеты.
После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно