Laserpulsen en neutronenbundels hebben in een magnetisch materiaal een kwantumtoestand aan het licht gebracht die de gebruikelijke regel van gedetailleerd evenwicht doorbreekt en bij lage energie blijft voortbestaan in plaats van snel te verdwijnen.
Onderzoekers van het Oak Ridge National Laboratory (ORNL) van het Amerikaanse ministerie van Energie hebben samen met collega's een experiment uitgevoerd op een materiaal waarin kwantumquasideeltjes — magnonen — verantwoordelijk zijn voor de magnetische eigenschappen. Ze gebruikten snelle laserpulsen om het systeem uit evenwicht te brengen en pasten vervolgens neutronenverstrooiing toe bij de Spallation Neutron Source in ORNL om het microscopische beeld in detail te bestuderen. De resultaten, gepubliceerd in Nature Communications in november 2026, toonden een doorbreking van het gedetailleerde evenwicht: in de normale toestand wordt energie symmetrisch geabsorbeerd en uitgezonden, maar onder laserinvloed werden de neutronsignalen asymmetrisch, met een overschot in slechts één richting.
Het meest verrassende was dat deze toestand langlevend bleek. Het overschot aan magnonen verdween niet snel, zoals bij kortstondige verwarming, maar werd in stand gehouden door periodieke laserpulsen, waardoor een stabiele niet-evenwichtige toestand ontstond. Stelt u zich een stroom deeltjes voor die, in plaats van terug te keren, in één richting blijft bewegen, als een eenrichtingsstraat waar de beweging niet in evenwicht wordt gebracht door een tegenstroom.
Het team onder leiding van Chengyun Hua, met onder anderen Barry Winn en Alan Tennant, heeft jaren besteed aan de ontwikkeling van speciale infrastructuur voor dergelijke metingen. Eerder had niemand de doorbreking van het gedetailleerde evenwicht rechtstreeks in een gecondenseerd medium onderzocht, en het experiment bevestigde de theoretische voorspellingen in de praktijk.
Deze ontdekking creëert een platform voor het bestuderen van kwantumsystemen ver van evenwicht in realtime. Ze helpt te begrijpen hoe magnetische materialen voor kwantumtechnologieën kunnen worden beheerst, door informatieverlies bij overdracht te verminderen en geheugenapparaten te verbeteren. De methode zet ook een nieuwe standaard voor neutronenverstrooiing bij actieve beïnvloeding van het materiaal.
De resultaten, gepubliceerd in Nature Communications, bieden een experimentele basis voor toekomstig onderzoek naar kwantummaterialen en hun toepassing in informatietechnologieën.
