物性物理学：磁気単極子雑音

磁気単極子は、磁荷が量子化された仮説上の素粒子である。原理的には、磁気単極子は、それが超伝導量子干渉素子（SQUID）を通過する際に生じる磁束の量子化されたジャンプによって検出できる。Dy₂Ti₂O₇を含むいくつかのパイロクロア型のランタノイド磁性絶縁体に創発的な磁気単極子が存在するはずであるという理論予測に次いで、SQUID法が単極子を直接検出する方法として提案されている。しかし、この方法は、そうした熱的に生成される磁気単極子に予測される高い数密度と生成–再結合ゆらぎによって妨げられている。最近、理論的進歩によって、こうした物質における磁気単極子の生成–再結合ゆらぎから磁束雑音のスペクトル密度を予測することが可能になった。本論文では、SQUIDを使った磁束雑音スペクトロメーターの開発と、Dy₂Ti₂O₇結晶によって生成される磁束雑音の周波数/温度依存性の測定について報告する。我々は、強い磁化雑音の存在とその特徴的な周波数/温度依存性を含む、磁気単極子プラズマに予測される磁束雑音のほぼ全ての特徴を検出した。さらに、磁束雑音の相関関数のシミュレーションと測定結果の比較から、磁荷の運動が強く相関していることが示された。興味深いことに、Dy₂Ti₂O₇の生成–再結合時定数がミリ秒領域にあるため、SQUIDによって増幅される磁気単極子の磁束雑音は人の耳でも聞こえる。

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