Fermionilised kvaasiosakesed püüti esimest korda aeglaselt "kaduma" – Physics World

Teadlased on esimest korda otseselt jälginud, kuidas fermioonsed kvaasiosakesed aeglaselt "kaduvad". See kadumine toimus nn raskefermionühendis kvantfaasi ülemineku lähedal. Lisaks fermioonsete kvaasiosakeste stabiilsuse mõistmisele võivad sellised üleminekud olla kasutatavad kvantinfotehnoloogias.

Kõige tuntum faasiüleminek toimub siis, kui vesi muutub järsult jääks, kui see jahtub alla 0 °C. Jää omadused on väga erinevad vedela vee omadustest – jää tihedus on palju väiksem ja selle struktuur muutub dramaatiliselt. Mõne faasisiirde korral toimub muutus aga järk-järgult. Näiteks raud muutub temperatuurini 760 °C kuumutamisel ferromagnetilisest paramagnetiliseks, kuid ülemineku edenedes kulub süsteemil üha kauem aega, et jõuda tasakaalu, aeglustades seeläbi üleminekut ja muutes selle pidevamaks. See tähendab, et kaks faasi (ferromagnetiline ja paramagnetiline) lähenevad energia poolest.

See nähtus on tüüpiline faasiüleminekutele, mis hõlmavad bosonite ergastamist, mis on osakesed, mis vahendavad interaktsioone (sealhulgas magnetismi eest vastutavaid interaktsioone). Fundamentaalsel tasandil ei koosne aine aga bosonitest, vaid fermionidest.

"Elektronid kuuluvad fermionide perekonda," märgib uurimisrühma liige Shovon Pal, "ja nendest osakestest koosnevat ainet ei saa tavaliselt loodusseaduste tõttu hävitada. Seetõttu ei saa fermionid kaduda ja just sel põhjusel ei osale nad tavaliselt kunagi faasiüleminekutes.

Kahe tüüpi elektronide olekute superpositsioon

Kasutades terahertsi aja-domeeni spektroskoopilisi mõõtmisi, tegi Pal ja kolleegid Manfred Fiebiggrupi juures kell ETH Zürich, Šveits täheldas seda kriitilist aeglustumist YbRh kvantfaasi ülemineku lähedal₂Si₂. Selle materjali kvaasiosakesed koosnevad kahte tüüpi elektronide olekute superpositsioonist: üks koosneb lokaliseeritud elektronidest, nagu need, mida leidub isolaatoris, ja teine ​​​​liikuvatest elektronidest nagu metallis. Selle superpositsiooni üks silmatorkav omadus on see, et elektronid on teatud määral ruumiliselt seotud, mis annab neile efektiivse massi 10³ to 10⁴ suurem kui normaalse elektroni ülejäänud mass. Seda tüüpi seondumist toetavaid ühendeid tuntakse seega raskefermionühenditena.

Teises kontrastis "normaalsete" elektronidega võivad need kvaasiosakesed, mis eksisteerivad ainult kvantrežiimis, faasisiirde ajal hävida. See on võtmetegur, mis võimaldab neil läbida pideva ülemineku, mis on võrreldav bosonitega, ütleb Pal.

Kriitiline eksponent

Oma uuringus eraldasid teadlased parameetri, mida tuntakse kriitilise eksponendina, mis on seotud nende eksootiliste olekute tekkimise tõenäosuse kokkuvarisemisega faasisiirde ajal. "Faasiüleminekute klassifitseerimiseks saab kasutada kriitilisi eksponente ja seda kontseptsiooni saab nüüd laiendada, et klassifitseerida mitte ainult bosonilise järjestuse parameetrite lagunemisega seotud üleminekud, nagu magnetiseerimine ferromagnetilises üleminekus, vaid ka eksootiliste faasisiiretega koos fermioonilise ahela hävimisega. osakesed,” selgitab Pal, kes on praegu kl NISER Indias.

Arvutuste kohaselt võivad Majorana bosonid eksisteerida hajutavates süsteemides

Teadlased kasutasid terahertskiirgust, kuna selle energiaskaalad on võrdväärsed raskete fermioonide sisemise energia skaalaga. "THz ergastamisel kvaasiosakesed lagunevad ja kaovad, viies süsteemi mittetasakaalusse," selgitab Pal. "See püüab loomulikult naasta tasakaalu kvaasiosakeste taastekke kaudu ja see rekonstrueerimisprotsess toimub pärast teatud viivitust, mis vastab raskefermionsüsteemide sisemisele energiaskaalale."

Seda hilinenud reaktsiooni mõõtes suutis meeskond jälgida ja iseloomustada kvaasiosakeste arengut – st kadumist ja taasilmumist.

Uuring, mis on üksikasjalikult kirjeldatud Loodusfüüsika, toob esile uue viisi paljude kehade korrelatsioonide uurimiseks teatud eksootilistes kvantmaterjalides, nagu raskefermionühendid. "See on seega lähtepunkt paljudele edasistele erinevate materjalide uurimistele, mis paljastavad kvantmaailma faasisiirete füüsika," räägib Pal. Füüsika maailm.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Autod/elektrisõidukid, Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
• ChartPrime. Tõsta oma kauplemismängu ChartPrime'iga kõrgemale. Juurdepääs siia.
• BlockOffsets. Keskkonnakompensatsiooni omandi ajakohastamine. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/fermionic-quasiparticles-caught-slowly-disappearing-for-the-first-time/