Поляризация спинов в наноструктурах с помощью оптического демона Максвелла

Кавокин Кирилл Витальевич, д.ф.-м.н., ведущий научный сотрудник лаборатории
Оптики спина СПбГУ

В простейших версиях ядерного магнитного резонанса приложение переменных магнитных полей деполяризует спины ядер, которые были предварительно ориентированы каким-то другим способом. Хотя придумано множество вариантов когерентной манипуляции поляризованными спинами с помощью различных последовательностей импульсов радиочастотного магнитного поля, никому не удавалось добиться возникновения спиновой поляризации ядер в макроскопическом теле только за счет приложения переменных полей (без использования, например, динамической поляризации электронами). Оказывается, это возможно в наноструктурах, где, в силу их малого размера, становятся заметными флуктуации полного магнитного момента ядер. Если следить за этими флуктуациями в реальном времени с помощью оптической спектроскопии спинового шума и определенным образом синхронизовать с ними внешнее переменное магнитное поле, можно конвертировать случайный магнитный момент спиновых флуктуаций в регулярную намагниченность. Более того, можно понизить спиновую температуру ядер, даже не создавая регулярной намагниченности. Другими словами, можно реализовать разновидность демона Максвелла, который понижает энтропию спиновой системы, наблюдая за ее флуктуациями и направляя их в нужную сторону. И, кстати, это справедливо не только для ядер – в некоторых электронных системах такое тоже может получиться.