Новая методика нагрева позволила зафиксировать переход между магнитными состояниями в линейной цепочке атомов

Исследователи из Центра квантовых исследований при университетах Дьюка и Мэриленда впервые зарегистрировали фазовый переход в одномерной цепи атомов. Эксперимент, выполненный на квантовом симуляторе, открывает новую эру в изучении фазовых переходов в одномерных системах.

Ранее считалось, что такие фазовые переходы, как замерзание воды или изменение магнитного состояния, невозможны в одном измерении. Тем не менее, ученые, удостоенные Нобелевской премии, Дайсон и Таулес, теоретически предположили, что при определённых условиях, с дальним взаимодействием атомов, такие переходы могут иметь место.

Для проведения опыта исследовательская группа использовала квантовый симулятор с захваченными ионами под руководством Кристофера Монро. С его помощью сформировалась одномерная цепочка из 23 ионов иттербия.

«Посредством электромагнитных полей мы контролировали взаимодействие между ионами, создавая одномерный магнит, атом за атомом,» — объясняет ведущий экспериментатор Ор Кац.

Одной из основных трудностей эксперимента был процесс нагрева квантовой системы, необходимый для фазового перехода. Александр Шукерт, главный теоретик проекта, разработал инновационный подход, позволивший преодолеть это препятствие. Ученые подготовили ионы в начальном состоянии и позволили им естественно развиваться, моделируя повышение температуры.

В итоге команда наблюдала переход системы от упорядоченного (намагниченного) к неупорядоченному (размагниченному) состоянию, подтверждая наличие фазового перехода в одномерной системе. Это стало возможным благодаря способности эксперимента создавать дальнодействующие взаимодействия и эффективно подготовлять ионы в нагретом состоянии.

В дальнейшем исследователи планируют расширить свои работы, создавая двумерные массивы ионов для изучения более сложных систем и потенциального открытия новых фаз материи. Также они сосредоточатся на совершенствовании методов подготовки нагретых состояний для сложных материалов, особенно при низких температурах.

Источник: iXBT