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 Исследователи из МИЭМ ВШЭ и ИПКОН РАН разработали новую математическую модель мониторинга, которая позволяет фиксировать источник опасных подземных вибраций в реальном времени. Технология поможет снизить риск повреждения зданий, дорог и другой инфраструктуры рядом с карьерами и шахтами.
На севере Австралии живет паук с весьма необычными охотничьими повадками. Он возводит «конструкцию», которая работает как древнее метательное оружие. Добыча взлетает над землей, а потом запутывается в паучьей сети. Такая тактика охоты, по-видимому, применяется лишь по отношению к конкретному виду муравьев.
Планетологи обнаружили на поверхностях Титана и Плутона схожую полосу поглощения, которая не совпадает со спектрами известных льдов или органических соединений. Этот загадочный «провал» может указывать на то, что на двух очень разных ледяных мирах Солнечной системы существует общий, пока неизвестный науке класс химических веществ, поглощающий свет, который формируется под действием экстремального холода и космической радиации.
Паразитические организмы иногда не учитывают, что сами могут оказаться целью паразита более высокого уровня. Сосредотачивая все свои силы на инфицировании и размножении, они остаются беззащитными перед агрессивным специализированным нахлебником.
Интригующие испытания высотного ракетного двигателя Raptor Vacuum для корабля Starship, верхней ступени сверхракеты Илона Маска, парадоксальны. Его работа на уровне моря уже сама по себе загадка. Ведь, по классическим представлениям, высотные двигатели на уровне моря корректно не работают. А сопло RaptorVAC на наземном стенде извергает реактивную струю без всяких признаков нарушения работы. Как такое может быть?
В нижних и верхних слоях Урана астрономы впервые зарегистрировали угарный газ и циановодород. Новые данные указали на то, что недра планеты могут быть значительно обогащены кислородом. Это открытие поможет разрешить давнюю загадку о том, сформировался ли Уран иначе, чем его ближайший сосед Нептун, или их образование шло по схожему сценарию.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Вначале Reuters опубликовал статью о взаимоотношениях SpaceX и Пентагона, которую миллиардер --- традиционно для его отношений с этим изданием — назвал фейком. Опровергая ее тезисы, он обнародовал информацию, не представленную ранее публично.
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