Концепцию активной материи расширили на квантовые системы

Японские ученые продемонстрировали, что ферромагнетизм, упорядоченное состояние атомов, может быть вызван увеличением подвижности частиц и что силы отталкивания между атомами достаточны, чтобы поддерживать его. Это открытие расширяет концепцию активной материи на квантовые системы. В будущем результаты работы способны помочь развитию новых технологий, основанных на магнитных свойствах частиц, таких как магнитная память и квантовые вычисления. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Research.Стаи птиц, роящиеся бактерии, клеточные потоки — примеры активной материи. Это состояние, в котором отдельные агенты, такие как птицы, бактерии или клетки, самоорганизуются. Агенты переходят из неупорядоченного состояния в упорядоченное в результате так называемого «фазового перехода». В результате они движутся организованно вместе без внешнего контроллера.«Предыдущие исследования показали, что концепция активной материи может применяться к широкому диапазону масштабов: от нанометров (биомолекулы) до метров (животные). Однако неизвестно, можно ли с пользой применить физику активной материи в квантовой системе. Мы хотели восполнить этот пробел», — рассказал Кадзуаки Такасан из Токийского университета.Исследователям необходимо было продемонстрировать возможный механизм, который мог бы создавать и поддерживать упорядоченное состояние в квантовой системе. Физики черпали вдохновение в стае птиц, поскольку в ней активность каждого агента позволяет достичь упорядоченного состояния легче, чем в других типах активной материи.Ученые создали теоретическую модель, в которой атомы фактически имитировали поведение птиц. Когда физики увеличивали подвижность атомов, силы отталкивания между ними перестраивали их в упорядоченное состояние, называемое ферромагнетизмом. В ферромагнитном состоянии спины, угловой момент субатомных частиц и ядер были ориентированы в одном направлении, точно так же, как стайки птиц смотрят в одном направлении во время полета.«Поначалу было удивительно обнаружить, что упорядочение может возникнуть без сложных взаимодействий между агентами в квантовой модели. Это отличалось от того, что ожидалось на основе биофизических моделей», — отметил Кадзуаки Такасан.Исследователи проверили полученную теоретическую модель. Результаты компьютерного моделирования, теория среднего поля, статистическая теория частиц и математические доказательства, основанные на линейной алгебре, согласовались с результатами ученых.«Распространение активной материи на квантовый мир началось лишь недавно, и многие аспекты все еще открыты. Мы хотели бы и дальше развивать теорию квантовой активной материи и раскрывать ее универсальные свойства», — прокомментировал Кадзуаки Такасан.