Блог

Oct 30, 2023

Нелинейная двойка

Том «Природные коммуникации»

Nature Communications, том 13, номер статьи: 3090 (2022) Цитировать эту статью

20 тысяч доступов

3 цитаты

583 Альтметрика

Подробности о метриках

Исправление издателя к этой статье было опубликовано 2 июля 2022 г.

Эта статья обновлена

Кристалл времени — это макроскопическая квантовая система, находящаяся в периодическом движении в основном состоянии. В наших экспериментах два связанных кристалла времени, состоящих из спин-волновых квазичастиц (магнонов), образуют макроскопическую двухуровневую систему. Два уровня развиваются во времени, что определяется нелинейной обратной связью, что позволяет нам построить спонтанную двухуровневую динамику. В ходе пересечения уровней магноны перемещаются с основного уровня на возбужденный уровень под действием эффекта Ландау-Зинера в сочетании с колебаниями населенности Раби. Мы демонстрируем, что магнонные кристаллы времени позволяют получить доступ ко всем аспектам и деталям квантово-когерентных взаимодействий за один проход эксперимента. Наша работа открывает перспективы для обнаружения майорановских фермионов, связанных с поверхностью, в лежащей в их основе сверхтекучей системе и предлагает технологическое использование когерентных магнонных явлений – потенциально даже при комнатной температуре.

Постоянное движение основного состояния в равновесии определяет кристалл времени, но наблюдать такое движение, как известно, невозможно1. Таким образом, экспериментальные реализации кристалла времени нарушают либо равновесие2,3,4, либо требование вечности5,6,7, достигая стабильности только в случае изоляции от окружающей среды и наблюдателя1,8,9,10. Следовательно, соединение отдельных кристаллов времени при сохранении достаточной изоляции является сложной задачей, а кристаллы времени еще не изучались в динамической среде. В сверхтекучей B-фазе 3He (3He-B) мы организуем спонтанную двухуровневую динамику взаимодействующих временных кристаллов, каждый из которых состоит из 1012 магнонов. В этой системе наблюдаемое время жизни кристалла времени может быть увеличено до тысячи секунд11 (109 периодов движения) при отсутствии движущей силы, в то время как лежащая в основе сверхтекучая система обеспечивает внутреннюю обратную связь для создания когерентной динамики.

Магноны в 3He-B возникают как кванты поперечных спиновых волн, связанных с намагниченностью, которая прецессирует вокруг внешнего магнитного поля H. При достаточной плотности магнонов и достаточно низкой температуре прецессия спонтанно синхронизируется с одинаковой частотой ω и фазой, образуя бозе-бозе магнонов. –Конденсат Эйнштейна12,13,14. Спонтанную синхронизацию можно продемонстрировать, накачивая магноны на более высокий энергетический уровень в удерживающей ловушке, из которой они спонтанно переходят в основное состояние5,15, или даже накачивая в систему некогерентные магноны с помощью шумового привода7,16. Это показывает, что магнонное состояние в БЭК отделено от привода. Таким образом, поперечная прецессия спина магнонного конденсата проявляется в характерном спонтанном периодическом движении кристалла времени5,6.

Кристалл времени можно создать с помощью двух разных методов накачки. Использование непрерывного привода дает кристалл времени Флоке (дискретный). Здесь мы используем импульсную технику, при которой привод отключается до начала эволюции кристалла времени. Этот подход позволяет нам изучать динамику и взаимодействие кристаллов времени в отсутствие внешнего воздействия. Формирование временного кристалла во время импульса накачки и его эволюция в дальнейшем характеризуются двумя временными масштабами. Первый временной масштаб τE ~ 0,1 с описывает термализацию временного кристалла17, то есть то, как быстро прецессия становится когерентной на основном уровне ловушки после накачки магнонов. Вторая временная шкала τN — время жизни кристалла времени. В изолированном контейнере для проб τN→∞ экспоненциально при уменьшении температуры. На практике потери также имеются в цепи, связанной с прецессирующими спинами для целей управления и наблюдения. Поэтому необходимо учитывать конечность τN. Кристалл времени остается четко выраженным до тех пор, пока τN ≫ τE5,6.