Fizikçiler Bilim ve Sihir Arasındaki Çizgiyi Bulanıklaştıran Bir Atılımla Maddenin Doğasını Işıkla Değiştiriyor

Konstanz Üniversitesi'ndeki fizikçiler basit bir demir kristaline ışık tuttuklarında, maddenin kurallarının gözlerinin önünde değiştiğini görmeyi beklemiyorlardı. Ancak öyle olmuş gibi görünüyor.

​

​

Dr. Bossini, "Sonuç bizim için büyük bir sürprizdi" dedi. “Hiçbir teori bunu öngörmedi.”

Temelde, ışık hematit kristaline çarptığında, magnon çiftlerini senkronize bir şekilde titreşmeye teşvik eder. Bu titreşimler kafes boyunca ilerleyerek diğer manyetik modlarla (atom dönüşlerinin düzenlenmesindeki salınım türleri) birleşerek tüm manyetik spektrumu yeniden şekillendiriyor.

Bu dönüşüm yalnızca uyarılmış durumlar devam ettiği sürece (saniyenin trilyonda biri kadar) sürer, ancak ışığın maddenin kendine özgü davranışını geçici olarak yeniden tanımlayabildiğini kanıtlayacak kadar uzundur.

Bu etkiyi elde etmek için araştırmacılar, bir zamanlar ortaçağ pusulalarında kullanılan, doğal olarak oluşan bir demir cevheri olan hematit kullandılar. Bossini, "Hematit çok yaygın. Yüzyıllar önce zaten denizcilikte pusula olarak kullanılıyordu" dedi.

Araştırmacılar, her biri saniyenin milyarda birinin milyonda birinden daha az olan ultra hızlı lazer darbelerini kullanarak, bir tür demir oksit olan hematit içindeki yüksek momentumlu magnonları (manyetik enerji taşıyan kuantize edilmiş dönme dalgaları paketleri) harekete geçirebildiler. Bu minik manyetik dalgalar daha düşük enerji modlarıyla (daha yavaş, daha az enerjili salınımlar) birleştiğinde malzemenin rezonans modeli değişti. Bu ısınmadan kaynaklanan bir termal etki değildi; tamamen kuantum mekaniğiydi.

Araştırmacılar makalelerinde lazerin nabız hızını ve yoğunluğunu değiştirerek bunu doğruladılar. Genel ısı girdisi dört kat değiştiğinde bile sonuçlar aynıydı. Manyetik durumlar değişmişti ama sıcaklık yüzünden değildi. Bossini, "Etkiler lazer uyarımından kaynaklanmıyor. Nedeni sıcaklık değil ışıktır" diye doğruladı.

Işık durduğunda malzeme normal durumuna döner. Ancak bu kısacık anlarda manyetik davranışı ve potansiyel olarak kuantum özellikleri tamamen yeni bir şeye dönüşüyor.

Deneylerinde araştırmacılar, değişen lazer yoğunluğuyla manyetik salınımların %20'ye kadar değiştiğini gözlemlediler. Bu, böylesine temel bir özellik için önemli bir değişiklik. Magnon spektrumunun (elektron dönüşlerinin kolektif dalgalarını ifade eden) bu "yeniden normalleştirilmesi", ilk kez ışığın bir malzemenin manyetik davranışını tanımlayan frekansları doğrudan yeniden şekillendirebileceği anlamına geliyor. Fizik açısından araştırmacılar sadece sistemi uyarmıyorlardı. Bu spin dalgalarının enerjisini momentumlarıyla ilişkilendiren dağılım ilişkisini yeniden yazıyorlardı.

Sonuçlar daha da umut verici bir şeye işaret ediyor: oda sıcaklığında Bose-Einstein yoğunlaşmasını (manonlar gibi parçacıkların tek bir dalga gibi davrandığı bir kuantum durumu) tetikleme olasılığı. Normalde, kuantum nesnelerinin uyum içinde davrandığı Bose-Einstein yoğunlaşmasını sağlamak için mutlak sıfıra yakın sıcaklıklar gerekir. Ancak araştırmacılara göre yöntemleri, yalnızca görünür ışık ve basit bir demir kristali kullanılarak aynı etkiyi üretebiliyordu.

Gelecekteki versiyonlar, bilim adamlarının faz geçişlerini tetiklemelerine, manyetizmayı manipüle etmelerine ve hatta elektronları ışık parlamalarını kullanarak yeni düzen biçimlerine yönlendirmelerine olanak tanıyabilir.

Üstelik bu atılımın arkasında teknik bir zafer yatıyor. Deney, femtosaniye hassasiyetinde lazerler, özel yapım optik kurulumlar ve atomik spin dinamikleri ile kuantum alan teorisi arasında köprü kuran matematiksel modelleme gerektiriyordu.

Sonuçta, bu çığır açıcı bulgular çok önemli bir şeyi ortaya koyuyor: Maddenin sınırları hayal ettiğimizden çok daha akıcı ve dinamik.

Araştırmacılar şu sonuca varıyor: "Kuantum malzemedeki gama noktası magnonlarının spektrumunun termal olmayan bir şekilde yeniden normalleştirildiğini gösterdik." "Ayrıca, kupratlarda 2M modunun rezonans tahrikini keşfetmek, süperiletkenliği ışıkla manipüle etmek için esasen daha önce keşfedilmemiş bir yolu ortaya çıkarabilir."

​