W pracy opublikowanej na łamach prestiżowego czasopisma Physical Review Letters zespół fizyków pod kierunkiem badaczy z University of Toronto zaprezentował nowatorską metodę optycznej detekcji tych dotąd nieuchwytnych stanów, otwierając drogę do ich wykorzystania w ultraszybkiej pamięci komputerowej i układach kwantowych.
Dotychczasowe metody spektroskopowe zawodziły w zderzeniu z magnetyzmem wielobiegunowym, ponieważ stany oktupolowe nie generują makroskopowego momentu dipolowego i pozostają niewidoczne dla tradycyjnych sond pomiarowych. Zespół, którym kierował prof. Arun Paramekanti z Wydziału Fizyki oraz Centrum Informacji Kwantowej i Kontroli Kwantowej na University of Toronto, obszedł to ograniczenie, wykorzystując sprzężenie między spinem elektronów a mikroskopijnymi drganiami samej sieci krystalicznej. Zamiast mierzyć bezpośrednie pole magnetyczne, fizycy skupili się na fononach – kwantach energii drgań sieci – badając ich specyficzną symetrię przestrzenną.
Kluczem do detekcji okazało się zjawisko chiralności, czyli asymetrii lustrzanej przypominającej relację między prawą a lewą dłonią. Jak wyjaśniają główny autor publikacji Rory Sutcliffe oraz Kathleen Hart, skierowanie na materiał krystaliczny wiązki specjalnie spolaryzowanego, „wirującego” światła wzbudza fonony, które w obecności uporządkowania oktupolowego zyskują unikalną sygnaturę optyczną.
Współautorka pracy, dr Swati Chaudhary z Uniwersytetu Tokijskiego, wskazuje, że pojawienie się porządku oktupolowego nadaje wybranym modom fononowym specyficzną skrętność. Te unikalne drgania, nazwane przez naukowców fononami pseudochiralnymi, działają jak precyzyjny odcisk palca, pozwalający bezinwazyjnie zidentyfikować obecność ukrytej fazy magnetycznej.
Odkrycie to dostarcza nie tylko narzędzia do pasywnej obserwacji egzotycznych stanów kwantowych, ale kładzie podwaliny pod ich aktywną manipulację. Możliwość kontrolowania magnetyzmu oktupolowego za pośrednictwem wzbudzanych optycznie drgań atomowych tworzy fundament pod nową generację urządzeń obliczeniowych.
W przeciwieństwie do tradycyjnych komórek ferromagnetycznych, stany wielobiegunowe nie oddziałują ze sobą na odległość pasożytniczymi polami rozproszonymi, co pozwala na ich upakowanie w gęstych, sterowalnych elementach pamięci odczytu i zapisu o niespotykanej dotąd stabilności i miniaturyzacji.
