Магнитные монополи удалось визуализировать и заснять через микроскоп

Магнитные монополи (magnetic monopole) и связанные с ними струны Дирака удалось визуализировать и заснять через микроскоп команде учёных из швейцарского института Пауля Шеррера (PSI) и университетского колледжа Дублина (UCD).

Снимок участка магнитного метаматериала (12 х 12 микрометров), на котором в виде тёмных линий видны струны Дирака (Dirac string), чьи концы венчают магнитные монополи (фото ссайта ucd.ie).

С тех пор как исследователи смогли получить давно предсказанные монополи в охлаждённом спиновом льду и открыли магнитричество, учёные в разных университетах и институтах не прекращали попытки создания монополей в более приемлемых условиях (при комнатной температуре).

Выход был найден в виде искусственного спинового льда —двухмерной гексагональной решётки из наномагнитов, чья взаимная ориентация и, главное, изменения в ней создавали подвижные магнитные дефекты, идентичные монополям.

Участники нового исследования около части установки и в ходе обсуждения результатов. Сверху вниз и слева направо: Елена Менготти (Elena Mengotti), Фритхйоф Нолтинг (FrithjofNolting), Ханс-Бенджамин Браун (Hans-Benjamin Braun) и Лора Хейдерман (Laura Heyderman) (фото PSI/M. Fischer).

Теперь физики воспользовались синхротроном Swiss Light Source, чтобы напрямую увидеть различия в намагниченности частиц в таком"льду".Для опыта они подготовили решётку из магнитов размером 500 х 150 нанометров каждый. В исходном состоянии в ней чередовались узлы, в которых два северных полюса встречаются с южным и, напротив, два южных с северным. Затем при помощи внешнего поля намагниченность одной из частиц менялась на противоположную.

В этом месте в магнитной структуре материала возникала пара дефектов, ведущих себя как монополи. Эти монополи по мере усиления внешнего воздействия начинали разбегаться в стороны, оставляя между собой связь в виде цепочки частиц с обращённой полярностью. Фактически лавинообразное перемагничивание, похожее на падение фишек домино, создавало одномерные линии —струны Дирака. После отключения внешнего поля картина сохранялась: монополи оказывались вмороженными в спиновый лёд.

Схема монополей в искусственном спиновом льду. Стрелки показывают намагниченность частиц. Острый конец–северный магнитный полюс (и положительный магнитный заряд), хвост–южный. a)–исходное состояние системы. b)–смена намагниченности одной частицы рождает два дефекта–аналоги монополей для данного материала, c,d)–монополи расходятся, между ними появляется струна Дирака, e)–две пары монополей. Снимки эксперимента (показана область 12 х 12 мкм). Тёмные пятна–частицы с обращённой намагниченностью. Ясно видны струны Дирака (иллюстрации PSI, UCD).

По словам участников опыта, это прорыв не только в плане визуализации данного явления, но и в управлении передвижением магнитных зарядов. Новая работа пригодитсядля прояснения некоторых положений фундаментальной физики. Также авторы эксперимента предсказывают, что на основе подобных систем можно будет создавать устройства для хранения и обработки информации. (Детали —встатьев Nature Physics и пресс-релизахPSIиUCD.)

Источник:ScienceDaily

Источник