Лазерные импульсы и нейтронные пучки выявили в магнитном материале квантовое состояние, которое нарушает привычное правило детального баланса и сохраняется при низкой энергии вместо того, чтобы быстро исчезнуть.
Исследователи из Национальной лаборатории Ок-Ридж (ORNL) Министерства энергетики США вместе с коллегами провели эксперимент на материале, где квантовые квазичастицы — магноны — отвечают за магнитные свойства. Они использовали быстрые лазерные импульсы, чтобы вывести систему из равновесия, а затем применили нейтронный рассеяние на источнике Spallation Neutron Source в ORNL для детального изучения микроскопической картины. Результаты, опубликованные в Nature Communications в ноябре 2026 года, показали нарушение детального баланса: в обычном состоянии энергия поглощается и испускается симметрично, но под лазерным воздействием сигналы нейтронов стали асимметричными, с избытком только в одну сторону.
Самое неожиданное — это состояние оказалось долгоживущим. Избыток магнонов не исчезал быстро, как при кратковременном нагреве, а поддерживался периодическими лазерными импульсами, образуя устойчивое неравновесное состояние. Представьте поток частиц, который вместо того, чтобы возвращаться назад, продолжает двигаться в одном направлении, словно односторонняя улица, где движение не уравновешивается встречным потоком.
Команда под руководством Чэнъюнь Хуа, включая Барри Винна и Алана Теннанта, потратила годы на разработку специальной инфраструктуры для таких измерений. Ранее никто не зондировал нарушение детального баланса напрямую в конденсированной среде, и эксперимент подтвердил теоретические предсказания на практике.
Это открытие создаёт платформу для изучения квантовых систем вдали от равновесия в реальном времени. Оно помогает понять, как управлять магнитными материалами для квантовых технологий, снижая потери информации при передаче и улучшая устройства памяти. Метод также задаёт новый стандарт для нейтронного рассеяния при активном воздействии на материал.
Результаты, опубликованные в Nature Communications, дают экспериментальную основу для будущих исследований квантовых материалов и их применения в информационных технологиях.
