Fermionski kvazidelci prvič ujeti pri počasnem "izginjanju" – Physics World

Raziskovalci so prvič neposredno opazili fermionske kvazidelce, ki počasi "izginjajo". To izginjajoče dejanje se je zgodilo blizu kvantnega faznega prehoda v tako imenovani težki fermionski spojini. Poleg izboljšanja našega razumevanja stabilnosti fermionskih kvazidelcev bi lahko imeli takšni prehodi aplikacije v kvantni informacijski tehnologiji.

Najbolj znan fazni prehod se zgodi, ko se voda nenadoma spremeni v led, ko se ohladi pod 0 °C. Lastnosti ledu so zelo drugačne od lastnosti tekoče vode – gostota ledu je na primer precej nižja in njegova struktura se močno spremeni. Pri nekaterih faznih prehodih pa pride do spremembe bolj postopoma. Železo na primer preide iz feromagnetnega v paramagnetno, ko se segreje na 760 °C, vendar ko prehod napreduje, sistem potrebuje vse dlje, da pride v ravnovesje, s čimer se prehod upočasni in postane bolj zvezen. To pomeni, da se obe fazi (feromagnetna in paramagnetna) energijsko zbližata.

Ta pojav je tipičen za fazne prehode, ki vključujejo vzbujanje bozonov, ki so delci, ki posredujejo medsebojne vplive (vključno z medsebojnimi vplivi, odgovornimi za magnetizem). Na temeljni ravni pa materija ni sestavljena iz bozonov, temveč iz fermionov.

"Elektroni pripadajo družini fermionov," ugotavlja član študijske skupine Shovon Pal, »in snovi, sestavljene iz teh delcev, običajno ni mogoče uničiti zaradi temeljnih naravnih zakonov. Fermioni torej ne morejo izginiti in zaradi tega običajno nikoli niso vključeni v fazne prehode.

Superpozicija dveh vrst elektronskih stanj

Z uporabo teraherčnih meritev spektroskopije v časovni domeni so Pal in njegovi sodelavci Manfred Fiebigskupina na ETH Zürich, Švica opazil to kritično upočasnitev blizu kvantnega faznega prehoda v YbRh₂Si₂. Kvazidelci v tem materialu so sestavljeni iz superpozicije dveh vrst elektronskih stanj: enega sestavljajo lokalizirani elektroni, kot so tisti v izolatorju, in drugega, ki ga sestavljajo mobilni elektroni, kot je v kovini. Ena presenetljiva značilnost te superpozicije je, da so elektroni do določene mere prostorsko vezani, kar jim daje efektivno maso 10³ da 10⁴ večja od mase mirovanja normalnega elektrona. Spojine, ki podpirajo to vrsto vezave, so tako znane kot težke fermionske spojine.

V drugem nasprotju z "normalnimi" elektroni se lahko ti kvazidelci, ki obstajajo le v kvantnem režimu, med faznim prehodom uničijo. To je ključni dejavnik, ki jim omogoča neprekinjen prehod, ki je primerljiv s tistimi, ki vključujejo bozone, pravi Pal.

Kritični eksponent

V svoji študiji so raziskovalci izluščili parameter, znan kot kritični eksponent, ki se nanaša na kolaps v verjetnosti oblikovanja teh eksotičnih stanj pri faznem prehodu. »Kritični eksponenti se lahko uporabljajo za razvrščanje faznih prehodov in ta koncept je zdaj mogoče razširiti na razvrščanje prehodov, ki niso povezani samo z razpadom parametrov bozonskega reda, kot je magnetizacija v feromagnetnem prehodu, ampak tudi na eksotične fazne prehode z uničenjem fermionskih delcev,« pojasnjuje Pal, ki je zdaj na NISER v Indiji.

Majoranini bozoni bi lahko obstajali v disipativnih sistemih, kažejo izračuni

Raziskovalci so uporabili teraherčno sevanje, ker so njegove energijske lestvice enake intrinzičnim energijskim lestvicam težkih fermionov. "Po vzbujanju THz se kvazidelci razgradijo in izginejo, pri čemer sistem preide v neravnovesno stanje," pojasnjuje Pal. "Naravno si prizadeva za vrnitev v ravnotežje s ponovnim pojavom kvazidelcev in ta proces rekonstrukcije se pojavi po določenem časovnem zamiku, ki ustreza intrinzičnim energetskim lestvicam težkih fermionskih sistemov."

Z merjenjem tega zapoznelega odziva je ekipa lahko opazovala in opisala razvoj - to je izginotje in ponovno pojavljanje - kvazidelcev.

Študija, ki je podrobno opisana v Naravna fizika, poudarja nov način za raziskovanje korelacije več teles v nekaterih eksotičnih kvantnih materialih, kot so spojine težkih fermionov. "To je torej izhodišče za številne nadaljnje raziskave različnih materialov, ki razkrivajo fiziko faznih prehodov v kvantnem svetu," pravi Pal. Svet fizike.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Avtomobili/EV, Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
• ChartPrime. Izboljšajte svojo igro trgovanja s ChartPrime. Dostopite tukaj.
• BlockOffsets. Posodobitev okoljskega offset lastništva. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/fermionic-quasiparticles-caught-slowly-disappearing-for-the-first-time/