Срочные новости раздела
Физики поймали магноны за превращением в фононы

Физики поймали магноны за превращением в фононы

Японские физики напрямую увидели биения, возникающие при совпадении частот и волновых векторов сильно связанных магнонных и фононных мод. С помощью магнито-оптической микроскопии они узнали, что превращения магнонов в фононы и обратно в лютеций-железном гранате происходят за десятки наносекунд.

Тепловая карта интенсивности спектра, рассчитанная по уравнению (25) (ts = 1,5 нс, te = 1,6 нс, σt = 0,3 нс). Интенсивность спектра достигает пика при пересечении дисперсии между поперечным акустическим фононом и магноном.© Tomosato Hioki et al. / Communications Physics, 2022

Если наложить два периодических колебания со слегка отличающимися частотами, то результатом станут биения. Это такие колебания, амплитуда которых медленно убывает и возрастает с частотой, равной полуразности исходных частот. Их можно наблюдать, если связать два одинаковых маятника. В такой системе колебания пары в фазе и в противофазе (собственные колебания) обладают немного различающимися частотами. Из-за этого при произвольной разности фаз энергия будет периодически перетекать от одного маятника к другому, а колебания каждого маятника по отдельности будут представлять собой биения.

Этот механизм универсален для всех физических систем, в которых можно встретить колебания или волны. Квантовая физика не стала исключением, правда в микромире к волнам добавляется требование когерентности. Примерами таких квантовых колебаний можно считать осцилляции Раби и даже нейтринные осцилляции, то есть превращения нейтрино разных типов друг в друга из-за разницы их масс.

Складываться могут не только волновые функции и моды одного типа возбуждений, но и совершенно различные по своей природе колебания. Физики часто называют этот процесс гибридизацией, а результат их сложения — гибридными модами. Самый распространенный пример такой гибридизации — это поляритоны, то есть квазичастицы, соответствующие связи света с какими-либо возбуждениями в среде: звуком, зарядовыми волнами (плазмонами), экситонами и так далее.

Но связываться может не только свет. Физики знают, что на это способны еще волны колебаний решетки (фононы) и спиновые волны (магноны). Такие гибридные квазичастицы получили название магнонных поляронов. Сейчас их довольно активно исследуют, например, стало известно, что время их жизни может быть много больше, чем у чистых магнонов. Тем не менее, никто еще явно не наблюдал фонон-магнонных биений, то есть периодической перекачки энергии из одного типа возбуждения в другой.

Это удалось сделать группе японских физиков под руководством Эйдзи Сайто (Eiji Saitoh) из университета Тохоку. Для этого они возбуждали в пленке лютеций-железного граната Lu2Bi1Fe3,4Ga1,6O12, известного своим сильным магнито-оптическим эффектом и долгоживущей намагниченностью, спиновые волны с помощью лазерного импульса. Наблюдая за магнонами с помощью магнито-оптического микроскопа с временным разрешением, они убедились, что энергия спиновых волн периодически переходит именно в фононные возбуждения.

Импульсы накачки имели длину волны 800 нанометров, длительность 100 фемтосекунд и среднюю энергию равную одному микроджоулю. Они были сфокусированы на пленку толщиной 1,8 микрометров, находящейся в слабом магнитном поле, в виде вертикальной линии. Через некоторое варьируемое время физики направляли на образец зондирующие импульсы с длиной волны 630 нанометров, длительностью 100 фемтосекунд и энергией 50 наноджоулей. Они измеряли пространственное распределение угла, на который повернулась плоскость поляризации зондирующего луча под действием эффекта Фарадея. Это вращение в каждой точке образца характеризует локальную амплитуду прецессии намагниченности, спроецированную вдоль направления распространения зондирующего импульса. Меняя задержку между импульсами, авторы имели возможность наблюдать распространение магнонных возбуждений в динамике.

Изображения, получаемые в каждый момент времени, отражали сложный волновой характер намагниченности. Чтобы разобраться в нем, физики делали пространственное Фурье-преобразование снимков. На получавшихся спектрах выделялись два ярких пятна, соответствующих волновым векторам продольной и поперечной ветвей акустических фононов.

Временная развертка позволила выявить зависимость этих компонент от времени. Для случая, когда магнитное поле было сонаправлено распространению волны, физики увидели характерные биения для величины волнового вектора, соответствовавшего поперечным фононам. При этом амплитуда второго пятна затухала практически монотонно.

В проведенном эксперименте превращение магнонов в фононы происходило при равных или близких частотах. Тем не менее, такое возможно и тогда, когда частоты отличаются.

Статья опубликована в журнале Communications PhysicsИсточник: Марат Хамадеев nplus1.ru

Источник: sci-dig.ru

Последние записи - Наука

самые читаемые новости

#Наука

Биологи из Университета Флориды и Нью-Йоркского университета (США) определили, что муравьиные королевы значительно увеличивают выработку инсулина, что способствует развитию яиц. Но матки также
подробнее...

Исследователи из Йельского университета (США) обнаружили, что воздействие света на нанопроволоки, созданные биопленочными сообществами бактерий, может увеличить электропроводность в этих природных
подробнее...

Китайские физики заставили бозе-конденсат атомов распределиться по синтетической импульсной решетке, полученной с помощью встречных лазеров с различным набором частот. Такая система понадобилась им,
подробнее...

Ученые физического факультета МГУ вместе с коллегами из Института общей и неорганической химии имени Н.С. Курнакова РАН и Национального исследовательского университета МИЭТ придумали способ кодировать
подробнее...

Ученые МГУ предложили новую молекулярную систему для управления активностью генов. В ее основе лежит искусственно сконструированный комплекс на базе вирусного фермента, способный присоединяться к
подробнее...

В настоящее время науке известны онкогенные мутации в более чем 300 генах, и зачастую возникает необходимость ранжировать их, чтобы определить мишени для основного воздействия при лечении. Но в
подробнее...

Новое исследование на мышах — и небольшое испытание, уже проведенное на людях — открывает перспективы лечения, которое поможет уменьшить когнитивные проблемы у людей с синдромом Дауна.
подробнее...

Испанские исследователи из Университета Овьедо изучили геном медузы Turritopsis dohrnii, известной как «бессмертная медуза». В отличие от родственных видов, эта медуза способна при определенных
подробнее...

Российские ученые предложили микробиологический метод, позволяющий эффективно синтезировать урсодезоксихолевую кислоту — препарат, который широко используется при лечении различных заболеваний печени.
подробнее...

Физики-теоретики обнаружили, что в концентрических кольцах фотонов, которые вращаются вокруг черных дыр, есть конформная симметрия — внешние кольца являются увеличенной копией внутренних. Для этого
подробнее...

Сотрудники биологического факультета МГУ создали первую полную электростатическую карту поверхности SARS-CoV-2. Она показывает распределение зарядов на компонентах оболочки коронавируса и позволяет
подробнее...

Необычный эффект, полученный индийскими коллегами в плазменно-пылевой системе, объяснили ученые Московского физико-технического института и Объединенного института высоких температур РАН. Эксперимент
подробнее...

Одной из первых планирующих рептилий был целурозавравус, который жил на территории современного Мадагаскара в конце пермского периода. Палеонтологи переописали этот вид и подтвердили, что образом
подробнее...

Группа ученых экспериментально  установила , что в брачных сигналах красноглазых квакш играет роль не только звук, но и вибрация растений, на которых они сидят
подробнее...

Ученым из Стэнфорда удалось сконструировать сообщество из микроорганизмов, характерных для микробиома кишечника человека. Для этого они собрали вместе 104 вида бактерий. Позже, к сообществу
подробнее...

Пять человек с тяжелым аутоиммунным заболеванием — системной красной волчанкой — стали первыми в мире, кто получил новаторскую терапию, использующую генетически измененные клетки. Проведенное в
подробнее...

Ученые Санкт-Петербургского государственного университета совместно с врачами и сотрудниками научно-исследовательского отдела Городской больницы № 40 обнаружили биомаркеры, которые позволяют
подробнее...

Сотрудники МГУ совместно с коллегами определили структуру белка, которого недостает у больных синдромом Вильямса. Это тяжелое генетическое заболевание человека, известное как синдром лица эльфа.
подробнее...