Физики впервые получили трехмерные скирмионы

Физики впервые получили трехмерные скирмионы

Физики впервые получили трехмерные скирмионы — объемные структуры в конденсате Бозе — Эйнштейна с упорядоченной вихревой структурой спинов, в которой спины в центре и на краю имеют противоположное направление. Устойчивый клубок электрического и магнитного полей в этом трехмерном скирмионе можно рассматривать в качестве возможной квантовой модели шаровой молнии, пишут ученые в Science Advances.

В некоторых магнитных материалах может возникать скирмионы, это особый тип квазичастиц, которые представляют собой вихревые структуры, обладающие обратной намагниченностью. На сегодняшний день получить скирмионы экспериментально удавалось лишь в плоских пленках на поверхностях различных материалов, и все они имели выраженную двумерную структуру. Тем не менее, теоретически было предсказано возможное существование и трехмерных скирмионов — так называемых скирмионов Шанкара, в которых за счет точного управления спиновым полем конденсата Бозе — Эйнштейна с ориентированной структурой спинов возникает особая структура скрученных в клубок электрического и магнитного полей.

Группа физиков из США и Финляндии под руководством Ли Вон-Дже (Wonjae Lee) из Амхерстского колледжа впервые получила трехмерные скирмионы экспериментально, а также изучила их устойчивость и эволюцию с течением времени. Для этого авторы работы использовали ферромагнитный спин-поляризованный конденсат Бозе — Эйнштейна в облаке атомов рубидия 87Rb, состоянием спинов в котором можно управлять, изменяя распределение внешнего магнитного поля.

За счет линейной комбинации пространственно распределенного квадрупольного и быстро затухающего магнитных полей ученым удалось получить необходимую спиновую структуру в конденсате атомов, зафиксированных с помощью оптической ловушки. Ориентация спинов в таком трехмерном скирмионе меняется непрерывно, без разрывов и сингулярностей. При проходе от одного края скирмиона до другого спин совершает два полных оборота.

Такая структура приводит к тому, что вокруг центра скирмиона возникают кольцевые магнитные поля, и весь скирмион становится своеобразным клубком из линий электрического и магнитного полей, свернутых в один узел. Изменение структуры скирмиона с течением времени ученые исследовали, получая изображение распределений плотности частиц конденсата с разным спиновым состоянием.

По словам авторов работы, полученные структуры оказались довольно устойчивыми и могут существовать десятые доли миллисекунды. Результаты, полученные экспериментально, ученые сравнили с численным моделированием и обнаружили, что данные хорошо согласуются друг с другом, что подтверждает успешность эксперимента и образование в конденсате Бозе — Эйнштейна нужной спиновой структуры.

Ученые отмечают, что возникающая в трехмерных скирмионах устойчивая электромагнитная структура может быть квантовым аналогом шаровой молнии. Стабильность подобных квантовых структур может подтвердить возможность существования шаровых молний, время жизни которых значительно превышает длительность обычного электрического разряда в атмосфере. При этом, поскольку саму шаровую молнию получить в лабораторных условиях не удается, квантовый скирмионный аналог может стать полезным инструментом для изучения ее свойств.

Несмотря на то, что теоретически существование различных типов скирмионов(как двумерных, так и трехмерных) было предсказано еще несколько десятков лет назад, получать их экспериментально стало возможно только сейчас. Например, недавно ученые впервые создали двумерные магнитные антискирмионы, в которых на границах доменов чередуются участки неелевского и блоховского типов взаимодействия между спинами.

Александр Дубов

N+1

Похожие новости:
Создана трехмерная карта ДНК
Ученые из Кембриджского университета создали трехмерную карту генома млекопитающих в отдельной клетке. Она показывает, как вся ДНК клетки мыши свернута внутри клеточного ядра. Статья с результатами работы опубликована в журнале Nature. Известно, что хромосомы и отдельные участки ДНК взаимодействуют друг с другом через ..
2017-03-18 5212 0 Наука и образование
0
Несовершенство алгоритмов фМРТ поставило под сомнение результаты 40 тысяч научных работ
Шведские и британские ученые пришли к выводу, что из-за несовершенства программного обеспечения аппаратов функциональной МРТ (фМРТ) около 40 тысяч научных работ могут иметь ошибочные результаты. Отчет об исследовании опубликован в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.Принцип действия фМРТ заключается в определении ..
2016-07-07 1208 0 Наука и образование
0
Что изобрели российские ученые после развала СССР?
Постсоветская эпоха считается не лучшим временем в российской науке, но определенные достижения есть. Предлагаем вашему вниманию десять самых важных открытий российских ученых за последние двадцать лет. Современные российские ученые, среди прочего, открыли новые химические элементы ..
2014-02-14 3535 0 Наука и образование
0
Названы имена лауреатов «американской Нобелевской премии по медицине»
Названы лауреаты премии Ласкера за 2015 год. Ее получили трое ученых за исследования самовосстановления ДНК и терапию рака, а также команда «Врачей без границ» за борьбу с распространением вируса Эбола в Африке. О награде, которую часто рассматривают как американский аналог Нобелевской премии ..
2015-09-09 1242 0 Наука и образование
1
В ЦЕРНе получили светящуюся антиматерию
Физики из ЦЕРНа впервые наблюдали светящуюся антиматерию — переход атома антиводорода из основного энергетического состояния в возбужденное, сопровождающийся поглощением фотона. Посвященное этому исследование опубликовано в журнале Nature.Эксперимент ученых был организован следующим образом. В цилиндрическую вакуумную камеру высотой ..
2016-12-21 4581 0 Наука и образование
0
Найдено 152 новых решения ньютоновской задачи трех тел
Ученые из Шанхая (Китай), используя численные методы, нашли 152 новых частных периодических решений классической (иначе — ньютоновской) задачи трех тел. Препринт исследования имеется в редакции «Ленты.ру».Всего численно специалисты получили 164 периодических решений. Из них двенадцать включают в себя ..
2017-05-15 18843 0 Наука и образование
1
В МГУ создали панацею от химического оружия
Ученые из МГУ под руководством профессора Александра Кабанова создали наноразмерные препараты (нанозимы), которые могут быть использованы в качестве защитного средства от токсичных пестицидов и боевых отравляющих веществ. Об этом говорится в пресс-релизе, полученном редакцией «Ленты.ру».Нанозимы способны доставлять в организм ..
2017-03-05 6235 0 Наука и образование
0
Премию Крафорда получил американский математик из СССР
Шведская королевская академия наук назвала лауреатов премии Крафорда. Награду за достижения в области математики получил работавший в СССР американский ученый Яков Элиашберг. За научные труды в области астрономии премированы Рой Керр из Новой Зеландии и Роджер Блэндфорд из США. ..
2016-01-14 1133 0 Наука и образование
0
Нобелевскую премию по химии присудили за моделирование систем
В Стокгольме объявили имена лауреатов Нобелевской премии по химии. В этом году самую престижную научную награду получили Мартин Карплус (Martin Karplus), Майкл Левитт (Michael Levitt) и Арье Уоршел (Arieh Warshel) за «создание многоуровневых моделей сложных ..
2013-10-9 1215 0 Наука и образование
0
Японцы лучше в чтении и математике, чем другие народы
Согласно опубликованному во вторник отчету Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР), взрослые японцы значительно превосходят представителей других 23-х протестированных стран по математическим показателям и навыкам чтения. Исследование проводилось среди 22-х представителей ОЭСР, а также не входящих в организацию ..
2013-10-9 1075 0 Наука и образование
1
Ассоциация центров инновационного творчества молодежи создана в Сибири
Семь центров молодежного инновационного творчества (ЦМИТ) Красноярского края, а также лаборатория прототипирования краевого Дворца пионеров и школьников объединились в региональную ассоциацию таких центров, соответствующее соглашение подписано в среду в Красноярском региональном инновационно-технологическом бизнес-инкубаторе (КРИТБИ). "В рамках ..
2014-02-15 1526 0 Наука и образование
0
Изменен порядок присуждения ученых степеней
Премьер-министр Дмитрий Медведев подписал изменения в порядок присуждения ученых степеней. Заседания диссертационных советов будут проходить под аудиовидеозапись.- Сегодня скандалы с липовыми защитами пошли на убыль. Тем не менее практика применения норм этого положения показала, что в него надо ..
2016-04-11 1153 0 Наука и образование
0
Российским астрофизикам вручили главную премию в космологии
Самая престижная награда в области космологии  — премия Грубера — досталась российским ученым. Астрофизики Вячеслав Муханов и Алексей Старобинский получили премию в 500 тысяч долларов за свою инфляционную теорию расширения вселенной. Она объясняет, какие механизмы влияют ..
2013-09-7 1665 0 Наука и образование
0
Японий станет 113-м элементом таблицы Менделеева
Новый 113-й химический элемент таблицы Дмитрия Менделеева получит название японий. За название нового элемента в настоящее время борются коллективы ученых из России, США и Японии. Об этом сообщает информационное агентство Sputnik.За авторство открытия 113-го химического элемента ..
2015-12-27 1355 0 Наука и образование
0
Названы лауреаты аналога Нобелевской премии от Мильнера и Цукерберга
Названы лауреаты престижной научной премии Breakthrough Prize, которая была учреждена российским инвестором Юрием Мильнером, основателем Facebook Марком Цукербергом и сооснователем Google Сергеем Брином. Об этом пишет издание The Guardian.Победителями стали исследователи в области клеточной ..
2017-12-06 4047 0 Наука и образование
0