Учёные из США впервые зафиксировали сверхизлучательный переход в кристалле

Исследователи из Университета Райса добились прорыва в области квантовой физики, впервые напрямую зафиксировав сверхизлучательный фазовый переход (SRPT) — феномен, при котором квантовые частицы начинают колебаться в полном резонансе без какого-либо внешнего воздействия.

Этот уникальный процесс был реализован в лабораторных условиях с использованием кристалла, состоящего из соединений эрбия, железа и кислорода. Его охладили почти до абсолютного нуля — до минус 272 градусов Цельсия, а затем подвергли воздействию сверхмощного магнитного поля, интенсивность которого в сто тысяч раз превышает магнитное поле Земли. Эксперименты проводились при величине поля порядка 7 тесла.

Как пояснил руководитель научной группы Дасом Ким, ключом к наблюдению столь редкого перехода стало объединение двух различных магнитных подсистем внутри кристалла. Исследователи синхронизировали колебания спинов ионов железа и эрбия. При этом возникшие магноны, или квазичастицы, аналогичные колебаниям вакуума, выступили триггером для запуска SRPT.

До этого момента сама возможность существования сверхизлучательного фазового перехода ставилась под сомнение, поскольку он противоречил ряду фундаментальных физических теорем. Однако нестандартный экспериментальный подход позволил обойти теоретические ограничения и зафиксировать чёткие признаки наступления новой квантовой фазы с помощью современных спектроскопических методов.

Результаты подтвердили предсказания, сделанные ещё полвека назад, и стали отправной точкой для новых исследований в области квантовой механики. Открытие может быть использовано в разработке передовых технологий — от квантовых вычислительных систем до высокоточных сенсоров и коммуникационного оборудования нового поколения.