Các xung laser và chùm neutron đã phát hiện trong một vật liệu từ tính một trạng thái lượng tử vi phạm quy tắc cân bằng chi tiết thông thường và được duy trì ở năng lượng thấp thay vì nhanh chóng biến mất.
Các nhà nghiên cứu từ Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge (ORNL) thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ cùng các đồng nghiệp đã tiến hành một thí nghiệm trên vật liệu mà ở đó các chuẩn hạt lượng tử — magnon — chịu trách nhiệm về các tính chất từ tính. Họ đã sử dụng các xung laser nhanh để đưa hệ ra khỏi trạng thái cân bằng, sau đó áp dụng tán xạ neutron tại nguồn Spallation Neutron Source ở ORNL để nghiên cứu chi tiết bức tranh vi mô. Các kết quả, được công bố trên Nature Communications vào tháng 2026 năm, đã cho thấy sự vi phạm cân bằng chi tiết: trong trạng thái thông thường, năng lượng được hấp thụ và phát xạ một cách đối xứng, nhưng dưới tác động của laser, các tín hiệu neutron trở nên bất đối xứng, với sự dư thừa chỉ theo một hướng.
Điều bất ngờ nhất là trạng thái này hóa ra lại tồn tại lâu dài. Sự dư thừa magnon không biến mất nhanh như khi bị nung nóng trong thời gian ngắn, mà được duy trì nhờ các xung laser định kỳ, tạo thành một trạng thái không cân bằng bền vững. Hãy hình dung một dòng hạt, thay vì quay trở lại, lại tiếp tục chuyển động theo một hướng, giống như một con đường một chiều, nơi chuyển động không được cân bằng bởi dòng ngược chiều.
Nhóm do Chengxun Hua dẫn đầu, bao gồm Barry Winn và Alan Tennant, đã dành nhiều năm để phát triển cơ sở hạ tầng chuyên dụng cho các phép đo như vậy. Trước đây chưa ai thăm dò trực tiếp sự vi phạm cân bằng chi tiết trong môi trường ngưng tụ, và thí nghiệm đã xác nhận các dự đoán lý thuyết trên thực tế.
Phát hiện này tạo ra một nền tảng để nghiên cứu các hệ lượng tử xa trạng thái cân bằng trong thời gian thực. Nó giúp hiểu cách điều khiển các vật liệu từ tính cho công nghệ lượng tử, giảm tổn thất thông tin khi truyền tải và cải thiện các thiết bị bộ nhớ. Phương pháp này cũng đặt ra một tiêu chuẩn mới cho tán xạ neutron khi tác động tích cực lên vật liệu.
Các kết quả, được công bố trên Nature Communications, cung cấp nền tảng thực nghiệm cho các nghiên cứu tương lai về vật liệu lượng tử và ứng dụng của chúng trong công nghệ thông tin.
