Лазерні імпульси та нейтронні пучки виявили в магнітному матеріалі квантовий стан, який порушує звичне правило детального балансу й зберігається за низької енергії замість того, щоб швидко зникнути.
Дослідники з Національної лабораторії Оук-Ридж (ORNL) Міністерства енергетики США разом із колегами провели експеримент на матеріалі, де квантові квазічастинки — магнони — відповідають за магнітні властивості. Вони використали швидкі лазерні імпульси, щоб вивести систему з рівноваги, а потім застосували нейтронне розсіяння на джерелі Spallation Neutron Source в ORNL для детального вивчення мікроскопічної картини. Результати, опубліковані в Nature Communications у листопаді 2026 року, показали порушення детального балансу: у звичайному стані енергія поглинається й випромінюється симетрично, але під лазерним впливом сигнали нейтронів стали асиметричними, з надлишком лише в один бік.
Найнесподіваніше — це те, що стан виявився довгоживучим. Надлишок магнонів не зникав швидко, як під час короткочасного нагрівання, а підтримувався періодичними лазерними імпульсами, утворюючи стійкий нерівноважний стан. Уявіть потік частинок, який замість того, щоб повертатися назад, продовжує рухатися в одному напрямку, наче одностороння вулиця, де рух не врівноважується зустрічним потоком.
Команда під керівництвом Чен'юнь Хуа, включно з Баррі Вінном і Аланом Теннантом, витратила роки на розроблення спеціальної інфраструктури для таких вимірювань. Раніше ніхто не зондував порушення детального балансу безпосередньо в конденсованому середовищі, і експеримент підтвердив теоретичні передбачення на практиці.
Це відкриття створює платформу для вивчення квантових систем далеко від рівноваги в реальному часі. Воно допомагає зрозуміти, як керувати магнітними матеріалами для квантових технологій, зменшуючи втрати інформації під час передавання та покращуючи пристрої пам'яті. Метод також задає новий стандарт для нейтронного розсіяння за активного впливу на матеріал.
Результати, опубліковані в Nature Communications, дають експериментальну основу для майбутніх досліджень квантових матеріалів та їхнього застосування в інформаційних технологіях.
