Para peneliti di AS dan Kanada untuk pertama kalinya mendeteksi efek yang dikenal sebagai kebisingan kuantum Barkhausen. Efeknya, yang muncul berkat penerowongan kuantum kooperatif dari sejumlah besar putaran magnet, mungkin merupakan fenomena kuantum makroskopis terbesar yang pernah diamati di laboratorium.
Dengan adanya medan magnet, putaran elektron (atau momen magnet) dalam bahan feromagnetik semuanya berbaris dalam arah yang sama – tetapi tidak semuanya sekaligus. Sebaliknya, penyelarasan terjadi sedikit demi sedikit, dengan wilayah atau domain berbeda, yang sejalan pada waktu berbeda. Domain-domain ini saling mempengaruhi sedemikian rupa sehingga dapat disamakan dengan longsoran salju. Sama seperti satu gumpalan salju yang mendorong gumpalan di dekatnya hingga seluruh massanya berjatuhan, demikian pula keselarasan menyebar ke seluruh domain hingga semua putaran mengarah ke arah yang sama.
Salah satu cara untuk mendeteksi proses penyelarasan ini adalah dengan mendengarkannya. Pada tahun 1919, fisikawan Heinrich Barkhausen melakukan hal itu. Dengan melilitkan kumparan di sekitar bahan magnetis dan memasang pengeras suara padanya, Barkhausen mengubah perubahan magnetisme domain menjadi bunyi berderak. Saat ini dikenal sebagai kebisingan Barkhausen, retakan ini dapat dipahami dalam istilah klasik murni sebagai akibat dari gerakan termal dinding domain. Fenomena dan dinamika kebisingan analog juga terjadi di sistem lain, termasuk gempa bumi dan tabung pengganda foto serta longsoran salju.
Kebisingan kuantum Barkhausen
Pada prinsipnya, efek mekanika kuantum juga dapat menghasilkan derau Barkhausen. Dalam kebisingan Barkhausen versi kuantum ini, putaran balik terjadi saat partikel menembus penghalang energi – sebuah proses yang dikenal sebagai penerowongan kuantum – bukan dengan memperoleh energi yang cukup untuk melompati penghalang tersebut.
Dalam karya baru, yang dirinci dalam PNAS, peneliti dipimpin oleh Thomas Rosenbaum dari Institut Teknologi California (Caltech) dan Stempel Philip di Universitas British Columbia (UBC) mengamati kebisingan kuantum Barkhausen dalam magnet kuantum kristal yang didinginkan hingga suhu mendekati nol mutlak (- 273 °C). Seperti Barkhausen pada tahun 1919, pendeteksiannya bergantung pada lilitan kumparan di sekitar sampelnya. Namun alih-alih menghubungkan kumparan ke pengeras suara, mereka mengukur lonjakan voltase saat elektron berputar dengan orientasi terbalik. Ketika kelompok putaran di domain berbeda terbalik, kebisingan Barkhausen muncul sebagai serangkaian lonjakan tegangan.
Para peneliti Caltech/UBC mengaitkan lonjakan ini dengan efek kuantum karena tidak terpengaruh oleh kenaikan suhu sebesar 600%. “Jika ya, maka kita akan berada dalam rezim klasik yang diaktifkan secara termal,” kata Stamp.
Rosenbaum menambahkan bahwa penerapan medan magnet yang melintang pada sumbu putaran memiliki “efek besar” pada responsnya, dengan medan tersebut bertindak seperti “kenop” kuantum untuk material. Hal ini, katanya, adalah bukti lebih lanjut mengenai sifat kuantum baru dari kebisingan Barkhausen. “Kebisingan Barkhausen klasik dalam sistem magnetis telah dikenal selama lebih dari 100 tahun, namun kebisingan Barkhausen kuantum, di mana dinding domain menerobos penghalang alih-alih diaktifkan secara termal di atasnya, sejauh pengetahuan kami, belum pernah terlihat sebelumnya,” dia mengatakan.
Efek terowongan bersama
Menariknya, para peneliti mengamati putaran balik yang didorong oleh kelompok elektron penerowongan yang berinteraksi satu sama lain. Mekanisme untuk terowongan bersama yang “menarik” ini, kata mereka, melibatkan bagian dinding domain yang dikenal sebagai plakat yang berinteraksi satu sama lain melalui gaya dipolar jarak jauh. Interaksi ini menghasilkan korelasi antara segmen berbeda pada dinding yang sama, dan interaksi ini juga menghasilkan longsoran inti pada dinding domain berbeda secara bersamaan. Hasilnya adalah peristiwa terowongan kooperatif massal yang diibaratkan Stamp dan Rosenbaum sebagai sekumpulan orang yang berperilaku sebagai satu kesatuan.
“Sementara gaya dipolar telah diamati mempengaruhi dinamika gerakan dinding tunggal dan mendorong kekritisan yang terorganisir sendiri, di LiHoxY1-xF4, interaksi jangka panjang menyebabkan korelasi tidak hanya antara segmen berbeda pada dinding yang sama, namun sebenarnya menyebabkan longsoran inti pada dinding domain berbeda secara bersamaan,” kata Rosenbaum.
Teknik kebisingan berderak mendengarkan gempa nano dalam material
Hasilnya hanya dapat dijelaskan sebagai kuantum makroskopis kooperatif (fenomena terowongan), kata Stamp. “Ini adalah contoh pertama yang pernah terlihat di alam dari fenomena kuantum kooperatif berskala sangat besar, pada skala 10.15 berputar (yaitu seribu miliar miliar),” ujarnya Dunia Fisika. “Ini sangat besar dan sejauh ini merupakan fenomena kuantum makroskopis terbesar yang pernah terlihat di laboratorium.”
Keterampilan deteksi tingkat lanjut
Bahkan dengan miliaran putaran yang mengalir sekaligus, para peneliti mengatakan sinyal tegangan yang mereka amati sangat kecil. Memang benar, mereka membutuhkan waktu untuk mengembangkan kemampuan deteksi yang diperlukan untuk mengumpulkan data yang signifikan secara statistik. Dari sisi teori, mereka harus mengembangkan pendekatan baru untuk menyelidiki longsoran magnet yang belum pernah dirumuskan sebelumnya.
Mereka sekarang berharap untuk menerapkan teknik mereka pada sistem selain bahan magnetik untuk mengetahui apakah fenomena kuantum makroskopis kooperatif seperti itu ada di tempat lain.
- Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
- PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
- PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
- PlatoESG. Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
- PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
- Sumber: https://physicsworld.com/a/quantum-barkhausen-noise-detected-for-the-first-time/
