Исследователи впервые раскрывают динамическую природу возникающих магнитных монополей в реальных магнитах

Важные новости

Исследователи раскрывают динамическую природу впервые возникающие магнитные монополи в реальных магнетиках

Коллективные моды возбуждения решеток-ежей управляются колебаниями струн Дирака, соединяющих ежа и антиежа, что можно использовать для изучения их пространственной конфигурации в магнитах . Фото: Масахито Мочизуки из Университета Васэда

Магнитные монополи — это элементарные частицы с изолированными магнитными зарядами в трех измерениях. Другими словами, они ведут себя как изолированные северный или южный полюса магнита. Магнитные монополи привлекают постоянный исследовательский интерес с момента первого предложения физика Поля Дирака в 1931 году. Однако настоящие магнитные монополи еще не наблюдались, и их существование остается открытым вопросом. С другой стороны, ученые обнаружили квазичастицы, которые математически ведут себя как магнитные монополи в конденсированных системах, что приводит к интересным явлениям.

Недавно исследователи обнаружили, что материал под названием германид марганца (MnGe) имеет уникальную периодическую структуру, образованную особыми магнитными конфигурациями, называемыми ежами и антиежами, которые называются магнитной решеткой ежа.

В этих особых конфигурациях магнитные моменты направлены радиально наружу (еж) или внутрь (антиеж), напоминая иглы ежа. Эти ежи и антиежи действуют как магнитные монополи и антимонополи, служа источниками или стоками возникающих магнитных полей.

MnGe имеет так называемую решетку ежа тройной добротности. Однако недавние эксперименты показали, что замена Ge на Si (MnSi1-xGex) преобразует структуру в решетку-еж с четырьмя добротностями (4Q-HL).

Эта новая структура, также обнаруженная в перовскитном феррите SrFeO3, открывает многообещающие возможности для изучения и контроля свойств решеток ежей. Более того, эти магнитные монополи также могут создавать электрические поля, перемещаясь по законам электромагнетизма Максвелла. Чтобы понять возникающие в результате новые физические явления, необходимо изучить собственные возбуждения решеток-ежей.

В недавнем исследовании профессор Масахито Мочизуки и доктор философии. Студент курса Ринтаро Это, оба с факультета прикладной физики Университета Васэда, теоретически изучал моды коллективного возбуждения 4Q-HL в MnSi1-xGex и SrFeO3. Их исследование было опубликовано в журнале Physical Review Letters 31 мая 2024 года.

«Наше исследование впервые прояснило неизвестную динамическую природу возникающих магнитных монополей в магнитных материалах. Это может вдохновить на будущие эксперименты с материалами, содержащими ежей, с применением в электронных устройствах и для объединения физики элементарных частиц и физики конденсированного состояния», — говорит Мотидзуки.

Используя трехмерную модель решетки Кондо, исследователи воспроизвели два различных 4Q-HL, обнаруженных в MnSi1-xGex и SrFeO3, и проанализировали их динамические свойства. Они обнаружили, что 4Q-HL имеют коллективные моды возбуждения, связанные с колебаниями струн Дирака.

Струна Дирака — это теоретическая концепция в квантовой механике, описывающая струну, соединяющую магнитный монополь и магнитный антимонополь. в данном случае еж и антиеж.

Исследователи обнаружили, что количество этих мод возбуждения зависит от количества и конфигурации струн Дирака, что дает возможность экспериментально определить пространственную конфигурацию ежей и антиежей и их уникальную топологию в реальных магнитах, таких как MnSi1-xGex и SrFeO3.

Это открытие дает представление о динамике ежей-решеток и в других магнитах. Более того, открытие позволяет включать и выключать режимы возбуждения, контролируя наличие или отсутствие струн Дирака с помощью внешнего магнитного поля.

Объясняя значимость своих результатов, Это сказал: «Обнаруженные в исследовании режимы коллективного спинового возбуждения представляют собой элементарные возбуждения, которые напрямую отражают наличие (или отсутствие) возникающих магнитных монополей. Таким образом, наши результаты станут фундаментальным руководством для более детального изучения. динамическая природа возникающих монополей в магнитных материалах в будущем.

«Более того, они могут стать строительными блоками новых переключаемых полем устройств спинтроники, таких как наноразмерные генераторы энергии, преобразователи света в напряжение и световые /микроволновые фильтры, основанные на возникающем электромагнетизме».

Эти открытия могут открыть новые направления исследований в фундаментальной физике и привести к разработке новых технологий, включающих возникающие магнитные монополи в магнитах.

Дополнительная информация: Ринтаро Это и др., Теория коллективных возбуждений в решетках четырехкратного магнитного ежа, Physical Review Letters (2024). : 10.1103/PhysRevLett.132.226705. На arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2403.01765

Информация журнала: Physical Review Letters, arXiv

Предоставлено Университет Васэда

Новости сегодня

Последние новости