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 Нейробиологи СПбГУ продемонстрировали, что активация рецептора следовых аминов TAAR1 эффективно подавляет агрессивное поведение, вызванное полным отсутствием серотонина в мозге. В дальнейшем этот результат поможет в разработке лекарственных препаратов, направленных на коррекцию патологических форм агрессии, возникающих при посттравматическом стрессовом расстройстве (ПТСР) и шизофрении.
Астрономы впервые использовали гравитационные волны, чтобы косвенно оценить параметры одного из ключевых процессов термоядерного горения в массивных светилах. Именно от него зависит, какие звезды взрываются, какие превращаются в черные дыры и как во Вселенной появляются углерод и кислород — элементы, без которых не было бы ни планет, ни жизни.
Десятого мая 1940 года вермахт пришел в движение. Через 42 суток англо-французские армии были разгромлены, а Франция капитулировала. Как это произошло, ведь союзники имели больше солдат, танков и пушек, чем немцы? В СССР причиной посчитали нежелание французов воевать, немцы же, говорили советские военные, не внесли в стратегию ничего нового. Реальность была строго обратной: разгром Франции был новым словом в войне, и такой же сценарий Гитлер применил против СССР через год. Что именно произошло и отчего советское руководство не смогло осознать случившееся?
Метеорный поток Эта-Аквариды достигнет своего максимума в ночь с 5 на 6 мая. Его частицы — осколки самой знаменитой кометы в истории, которая появляется над Землей раз в 76 лет. Ученый Пермского Политеха рассказал, как этот звездопад связан с кометой Галлея, почему у него есть «брат-близнец» и где лучше всего за ним наблюдать.
Нейробиологи СПбГУ продемонстрировали, что активация рецептора следовых аминов TAAR1 эффективно подавляет агрессивное поведение, вызванное полным отсутствием серотонина в мозге. В дальнейшем этот результат поможет в разработке лекарственных препаратов, направленных на коррекцию патологических форм агрессии, возникающих при посттравматическом стрессовом расстройстве (ПТСР) и шизофрении.
Астрономы впервые использовали гравитационные волны, чтобы косвенно оценить параметры одного из ключевых процессов термоядерного горения в массивных светилах. Именно от него зависит, какие звезды взрываются, какие превращаются в черные дыры и как во Вселенной появляются углерод и кислород — элементы, без которых не было бы ни планет, ни жизни.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Химические связи в материале, из которого сделана электроника, разрываются не из-за накопительного износа от протекания тока через них, а из-за электронов с конкретной энергией.
Термоядерные электростанции не смогут конкурировать по цене с возобновляемыми источниками энергии из-за медленного удешевления технологии. По расчетам, расходы на каждую новую установку падали максимум на 8% — много раз ниже ранних ожиданий венчурных инвесторов. Это перечеркивает экономический смысл финансовых вливаний, и мир может никогда не увидеть дешевой термоядерной энергии.
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