Фракционализация

редактировать

В физике, дробление - это явление, при котором квазичастицы системы не могут быть построены как сочетания его элементарных составляющих. Одним из самых ранних и наиболее ярких примеров является дробный квантовый эффект Холла, где составляющими частицами являются электроны, но квазичастицы несут доли заряда электрона. Фракционирование можно понимать как деконфайнмент квазичастиц, которые вместе рассматриваются как составляющие элементарные составляющие. В случае разделения спин-заряд, например, электрон можно рассматривать как связанное состояние «спинона » и «чаргона », которые при определенных условиях могут свободно перемещаться отдельно.

Содержание

1 История
2 Физика
3 Системы
4 Примечания

История

В 1980 году была обнаружена квантованная холловская проводимость, связанная с зарядом электрона. Лафлин предложил жидкость с дробными зарядами в 1983 году, чтобы объяснить дробный квантовый эффект Холла, наблюдаемый в 1982 году, за что он получил Нобелевскую премию по физике 1998 года. В 1997 году в экспериментах непосредственно наблюдался электрический ток, равный одной трети заряда. Пятая часть заряда была замечена в 1999 году, и с тех пор были обнаружены различные нечетные фракции.

Позже было показано, что неупорядоченные магнитные материалы образуют интересные спиновые фазы. Спиновое фракционирование было замечено в спиновых льдах в 2009 году и спиновых жидкостях в 2012 году.

Дробные заряды продолжают оставаться активной темой в физике конденсированных сред. Исследования этих квантовых фаз влияют на понимание сверхпроводимости, а изоляторы с поверхностным переносом для топологических квантовых компьютеров.

Физика

Эффекты многих тел в сложных конденсированных материалах приводят к появлению свойств, которые можно описать как квазичастицы существующий в веществе. Поведение электронов в твердых телах можно рассматривать как квазичастичные магноны, экситоны, дырки и заряды с различной эффективной массой. Спиноны, чаргоны и анионы не могут считаться комбинациями элементарных частиц. Наблюдалась разная квантовая статистика; При обмене волновые функции Anyons получают непрерывную фазу:

$P (| Ψ 1⟩ | Ψ 2⟩) = e i θ | Ψ 2⟩ | Ψ 1⟩ {\ Displaystyle P (| \ Psi _ {1} \ rangle | \ Psi _ {2} \ rangle) = e ^ {i \ theta} | \ Psi _ {2} \ rangle | \ Psi _ {1 } \ rangle}$ ${\ displaystyle P (| \ Psi _ {1} \ rangle | \ Psi _ {2} \ rangle) = e ^ {i \ theta} | \ Psi _ {2} \ rangle | \ Psi _ {1} \ rangle}$

Было реализовано, что многие изоляторы имеют проводящую поверхность двумерных квантовых состояний электронного газа.

Системы

Солитоны в 1D, такие как полиацетилен, приводят к половинным зарядам. Обнаружено разделение спиновых зарядов на спиноны и холоны в электронах в 1D SrCuO 2.Изучены квантовые проволоки с фракционным фазовым поведением.

Спиновые жидкости с дробными спиновыми возбуждениями встречаются в фрустрированных магнитных кристаллах, таких как ZnCu 3 (OH) 6Cl2 (гербертсмитит ), и в α-RuCl 3. Спиновый лед в Dy2Ti2O7 и Ho2Ti2O обладает дробной спиновой свободой, что приводит к деконфайндингу магнитных монополей. Их следует противопоставить квазичастицам, таким как магноны и куперовские пары, которые имеют квантовые числа, которые представляют собой комбинации составляющих. Наиболее известными могут быть квантовые системы Холла, возникающие в сильных магнитных полях в материалах 2D электронного газа, таких как гетероструктуры GaAs. Электроны в сочетании с вихрями магнитного потока переносят ток. Графен демонстрирует фракционирование заряда.

Были предприняты попытки распространить дробное поведение на 3D-системы. Исследованы состояния поверхности в топологических изоляторах из различных соединений (например, сплавов теллура, сурьмы ) и кристаллов чистого металла (висмута ). для дробных подписей.

Примечания