噪音通常在科學研究中被視為不受歡迎的因素，但有時它可以成為揭示控制系統隱藏機制的有力工具。最近發表的一篇論文，研究了一種新發現的現象：由疇壁共隧穿引起的量子巴克豪森噪聲。

經典巴克豪森效應

鐵磁體，由于原子自旋排列而表現出凈磁矩的材料，顯示出一種被稱為滯后的迷人特性。當受到外部磁場的作用時，材料的磁化強度不是平穩地變化，而是以離散的步驟跳躍。這些跳躍或雪崩伴隨著一種被稱為巴克豪森噪音的噼啪聲，巴克豪森噪音是以1919年首次觀察到這種噪音的德國物理學家命名的。

巴克豪森噪聲的來源在于鐵磁體的微觀組織。這種材料被分成稱為疇的區域，在這些區域中，原子自旋以特定的方向排列。疇壁是將不同磁化強度的疇分隔開的邊界，起著至關重要的作用。當施加磁場時，這些疇壁移動和重新配置，導致觀察到的磁化跳變。然而，經典的疇壁運動圖像并不能完全解釋巴克豪森噪聲的復雜細節。

進入量子階段

在經典范例中，疇壁運動受熱漲落和勢壘控制。然而，當我們將系統推向極低的溫度和高磁場時，量子力學領域就占據了主導地位。在這里，量子隧穿的可能性出現了。量子隧道允許一個粒子，在這種情況下是一個疇壁，以有限的概率穿透一個經典禁止的能量勢壘。

這種現象被稱為疇壁共隧穿，在某些稀土鐵磁體中尤為重要。這些材料具有單軸各向異性，這意味著自旋具有優先的排列方向。在這種情況下，疇壁共隧穿可以導致一個新疇的成核，引發一系列疇壁運動和雪崩事件。

量子巴克豪森噪聲

疇壁動力學和量子隧穿之間的相互作用產生了一種獨特的噪聲形式——量子巴克豪森噪聲。這種噪聲表現出與經典噪聲不同的特點。與經典情況不同，量子巴克豪森噪聲中的雪崩大小分布是非臨界的，這意味著它不遵循特定的冪律縮放。這種偏差需要超越傳統重整化群方法或經典疇壁模型的理論框架。(www.Ws46.com)

此外，研究人員已經確定了量子巴克豪森噪聲范圍內疇壁運動的兩種不同機制。這兩種機制都植根于量子力學，對施加于自旋軸橫向的外部磁場表現出截然不同的依賴性。第一個涉及由共隧穿成核的疇壁對的相關運動，其中疇壁之間的相互作用起著至關重要的作用。第二種機制依賴于單個疇壁的獨立隧穿。

量子巴克豪森噪聲的研究對我們在量子水平上理解磁性具有重要意義。通過分析這種噪聲的統計特性，研究人員可以對控制疇壁運動的能量格局和量子漲落的作用獲得有價值的見解。這些知識可以為開發具有定制特性的新型磁性材料鋪平道路，可能導致自旋電子學和量子信息處理的進步。

盡管取得了進展，但仍存在一些有趣的問題。深入了解遠距離偶極相互作用和量子隧道效應之間的相互作用對于建立一個全面的理論框架至關重要。此外，探索外部參數，如溫度和材料成分，如何影響量子巴克豪森噪聲的特性可以提供進一步的見解。