博科園：本文為量子物理學類
在理解被稱為磁單極子“準粒子”行為方面的突破，可能會促使替代電荷的新技術發展。肯特大學科學家們將量子物理學和經典物理學結合起來，研究磁性原子如何相互作用，從而形成被稱為“磁單極子”的複合物體。在研究自旋冰材料的基礎上，研究小組展示瞭如何通過翻轉單個磁性原子的方向，使單極子從自旋冰晶格的一個位置“跳躍”到另一個位置。
儘管從理論上講，在低溫下，磁性原子沒有足夠的能量來做到這一點，但研究小組發現，當單極子到達晶格點時，會引起作用於周圍磁性原子磁場的變化，從而使它們能夠從“隧道”穿過能量屏障。
該大學物理科學學院的昆塔尼拉博士說：我們發現的證據表明，這種神秘低溫跳躍是通過量子隧穿實現的，這種現象能使量子物體克服一個障礙，根據經典物理定律，這個障礙需要的能量超過了系統所能提供的能量。
研究證明了形成磁單極子的磁場是橫向的，這反過來促使隧道形成，研究計算了這種情況下的單極跳變率，發現它們與現有觀測結果基本一致。研究人員認為，更好地理解自旋冰材料中的單極子運動，可能會使未來基於移動磁單極子而不是電荷的技術成為可能。要了解磁單極子的低溫行為，包括不尋常的動力學特性和觀察量子相干時間演化的可能性。
關鍵的一步是定量了解支撐磁單極子跳躍自旋翻轉過程，該研究在量子處理單離子的框架下處理這個問題，該問題受相鄰離子的晶體、交換和偶極場的影響。通過對基本量子力學機制的研究，從而發現了一個依賴於局域自旋構型的跳躍速率雙峰分佈，與實驗中提取的速率基本一致。同時發現一種更為明顯的時間尺度分離，這是多體動力學可能性的信號。
博科園｜研究/來自：肯特大學
參考期刊《物理評論快報》
DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.067204
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