レーザーパルスと中性子ビームにより、磁性材料中に、通常の詳細釣り合いの規則を破り、急速に消滅する代わりに低エネルギーで持続する量子状態が明らかになった。
米国エネルギー省のオークリッジ国立研究所（ORNL）の研究者たちは同僚とともに、量子準粒子であるマグノンが磁性を担う材料を用いた実験を行った。彼らは高速レーザーパルスで系を平衡から外し、その後、ORNLのSpallation Neutron Sourceで中性子散乱を用いて微視的な描像を詳細に調べた。2026年11月にNature Communicationsで発表された結果は、詳細釣り合いの破れを示した。通常の状態ではエネルギーは対称的に吸収・放出されるが、レーザー照射下では中性子の信号が非対称となり、一方向にのみ過剰が生じた。
最も意外だったのは、この状態が長寿命であったことだ。マグノンの過剰は短時間の加熱時のように速やかに消えるのではなく、周期的なレーザーパルスによって維持され、安定した非平衡状態を形成した。逆向きに戻る代わりに一方向へ進み続ける粒子の流れ、いわば対向流と釣り合わない一方通行の道を想像してほしい。
チェンユン・ホアの指導の下、バリー・ウィンとアラン・テナントを含むチームは、こうした測定のための特別なインフラの開発に何年も費やした。これまで凝縮系で詳細釣り合いの破れを直接調べた者は誰もおらず、この実験は理論的予測を実践において裏付けた。
この発見は、平衡から遠く離れた量子系をリアルタイムで研究するためのプラットフォームを創り出す。それは、情報伝達時の損失を減らし、記憶デバイスを改善するなど、量子技術のために磁性材料をいかに制御するかを理解する助けとなる。この手法はまた、材料に能動的に作用させながら中性子散乱を行うための新たな基準を打ち立てる。
Nature Communicationsに発表された結果は、量子材料の今後の研究と情報技術におけるその応用に実験的基盤を与える。
