莱斯大学实验室发现物质物质耦合的证据

【据美国莱斯大学网站2018年8月23日报道】最近，莱斯大学物理学家Junichiro Kono及其研究团队在物质–物质系统中首次发现了迪克协同效应。迪克协同效应以物理学家Robert Dicke的名字命名，主要发生在入射的辐射引起一系列的原子偶极子耦合时。

莱斯大学Kono实验室利用磁场促使主要由铁和铒组成的晶体化合物内部的自旋相互作用。当在小体积内激发许多原子时，一个原子产生的光子会立即与另一个处于激发态的原子相互作用。这个原子就会产生另一个光子。这一现象发生在该体积内的每一对原子之间，并产生宏观偏振，最终导致相干光爆发即超辐射。

为了显示协同性，化合物的磁性成分必须模仿标准光原子耦合系统中的两个基本成分：一种是可以被激发成类似于光波的物体来模拟光波的自旋，另一种是量子能级，它会随着外加磁场的变化而改变，并模拟原子。在正铁氧体化合物中，一侧的铁离子可以被触发，形成一个特定频率的自旋波，另一方面，研究人员使用了铒离子的电子顺磁共振，它形成了一个与自旋波相互作用的二级量子结构。

强大的磁体可以调节铒离子的能量水平，但在室温下，它并没有显示出与铁自旋波的强相互作用。但这种相互作用开始出现在较低的温度下。用钇的化学掺杂的铒与观察结果一致，在磁性相互作用中表现出迪克协同效应，这说明耦合在本质上是物质–物质的。

这一发现将有助于进一步了解自旋电子学和量子磁性。在自旋电子学方面，这项工作将带来更快的信息处理和更低的功耗，并将有助于发展基于自旋的量子计算。研究小组在量子磁性方面的发现，将使我们更深入地了解在原子尺度上由多体相互作用引起的物质相。

该研究是由美国国家科学基金会、陆军研究办公室、日本科学振兴机构PRESTO项目、日本科学促进会KAKENHI项目、日本科学理事会ImPACT项目、中国国家自然科学基金、德国研究基金会、欧盟委员会(European Commission)和马克斯–普朗克协会支持。相关研究论文《Observation of Dicke cooperativity in magnetic interactions》已发表在Science上。