• Главная
• Екзотичні квантової спінової рідини моделюється: відправною точкою для надпровідності?

Екзотичні квантової спінової рідини моделюється: відправною точкою для надпровідності?

Про це свідчать учені з університетів Штутгарта і Вюрцбурга, Німеччина, в новому дослідженні, опублікованому в журналі Природа.

Електрони в кристалі існують в різних державах. У багатьох випадках це кристалічна структура, яка вирішує, якщо матеріал є металом з кінцевою провідністю електричних, або якщо він є діелектриком, який не несе електричний струм. Але існують і ізоляційні матеріали, які кристалічних структур припустити, що вони повинні вести себе як метали. Такі матеріали називаються "Мотт ізоляторів", і це відштовхування між електронами, який пригнічує металеве поведінка, таке, що електрони прив'язані до атомів.

Такі локалізовані електрони прагнуть до порядку при зниженні температури, такі як, наприклад, в магнітних структур. "Квантової спінової рідини", проте, немагнітних Мотт-ізолятора, який стабілізується чисто квантово-механічних ефектів. Електронів всередині квантової спінової рідини чинити опір замовити аж до найнижчих температур, аж до абсолютного нуля температури при температурі мінус 273 градусів за Цельсієм. Тенденція до порядку пригнічується динамічні коливання електронів навіть при нульовій температурі абсолютної (квантових флуктуацій). Для того щоб це відбулося, квантові флуктуації має бути достатньо великим, що рідко має місце в природі, а також важко зрозуміти в реалістичних моделях.

Тепер теоретики зі Штутгарта університету, Цзи Ян Мен, Priv.-ДОЗ. Стефан Вессель, і професори Алехандро Мурамацу разом зі своїми коледжами Thomas Lang і проф Fakher Ассаад з Вюрцбурга університету, показали, що таке квантова спінова рідина існує в реалістична модель взаємодіючих електронів. Для їх дослідження, вони використовували великомасштабних комп'ютерних симуляцій, щоб враховувати як взаємодія між електронами і їх квантові флуктуації. Їх несподівані результати були, таким чином прийнято до публікації в «Nature» журналу.

Квантової спінової рідини знайдені Мен і співавт. відбувається в матеріали, в яких атоми утворюють двовимірні, періодичні масив з шестикутників, тим самим реалізації гексагональної решітці. Такі structre кристал знайти, наприклад, в графені, двовимірних вуглецевих аллотропии, це було зовсім недавно синтезовані, і з тих пір знаходиться в центрі інтенсивних досліджень. Якщо електронне взаємодія може бути підвищена до такого матеріалу, то вельми цікавий квантовий спінової рідини може бути реалізована. Схоже unlikly, що це може бути досягнуто, наприклад, шляхом розширення, в графені. Таким чином, фізики з Штутгарта і Вюрцбурга пропонують вивчення сот-як структури, утворені від інших елементів групи IV, які показують, посилених електронних взаємодій. Першим кроком у цьому напрямку, можливо, вже були прийняті, оскільки раніше хімік вдалося синтезувати Графен-подібних структур з атомів кремнію.

Крім того, у квантовій спінової рідини повинні бути реалізовані з використанням ультра-холодних атомів. Насправді, математична модель вивчені фізиками описує як взаємодіючих електронів у твердому стані системи, а також взаємодії ультрахолодних атомів в оптичній решітці. Вражаючий прогрес, досягнутий у цій галузі досліджень, відкриває можливість для реалізації квантової спінової рідини з ультра-холодних атомів.

Інший захоплюючий аспект квантової спінової рідини є те, що він може також розглядатися як відправна точка для надпровідності. Електричні струми потім потік без опору через матеріал. Це в потенціалі для багатьох програм, таких як надшвидкий комп'ютер або дисипації безкоштовний транспорт електроенергії.

У своїх фундаментальних досліджень, дві теорії груп у Штутгарті і Вюрцбурзі аналізувати складні фази сильно взаємодіючих квантових систем багатьох тіл в цілому. Вони виявили, квантова спін-рідкої фазі, в той час як вивчення можливих переходів між металевих і діелектричних фаз в моделі для графену. Близько такі переходи, квантові флуктуації стають значно посилюється, і знищити будь-яку магнітного порядку. Вчені могли також виключити інші види електронних замовлень від загального аналізу. Таке дослідження стало можливим тільки за допомогою сучасних суперкомп'ютерів. Зокрема, для їх розрахунками, теоретики могли прибуток від високоефективних суперкомп'ютерних центрів в Юліху, Мюнхен і Штутгарт. В майбутньому вони сподіваються застосувати моделювання сильно взаємодіючих електронів також до розробки нових матеріалів, які розуміють, екзотичних станів матерії - у тому числі квантової спінової рідини.

Дослідження, описані вище вбудована в загальну діяльність дослідження двох університетів. В університеті Штутгарта, DFG дослідницький підрозділ SFB / TRR 21, "Управління Квантові кореляції в Спеціально Матерія," основна увага приділяється реалізації з урахуванням квантових систем. Її представник є професор Tilmann Пфау з Університету Штутгарту. В Університеті Вюрцбурга, нещодавно створеної дослідницькою групою «Електрон Корреляционно-індуковані явища в Поверхні і інтерфейси з Настроювані взаємодій" складних електронних станів в центрі уваги. Її представник є професор Ральф Классен з Вюрцбурга університету.