Frakcionalizace - Fractionalization

v fyzika, frakcionace je jev, při kterém kvazičástice systému nelze konstruovat jako kombinace jeho elementárních složek. Jedním z prvních a nejvýznamnějších příkladů je frakční kvantový Hallův jev, kde jsou základní částice elektrony ale kvazičástice nesou zlomky elektronového náboje.[1][2] Frakcionalizaci lze chápat jako dekonfinice kvazičástic, na které se pohlíží tak, že obsahují základní složky. V případě separace spin-náboj například na elektron lze pohlížet jako na vázaný stav aOtočte „a“chargon ', které se za určitých podmínek mohou volně pohybovat samostatně.

Dějiny

Kvantizovaná Hallova vodivost byla objevena v roce 1980 v souvislosti s elektronovým nábojem. Laughlin v roce 1983 navrhl tekutinu zlomkových nábojů, aby vysvětlil zlomkový kvantový Hallův jev pozorovaný v roce 1982, za který v roce 1998 sdílel Nobelovu cenu za fyziku. V roce 1997 experimenty přímo pozorovaly elektrický proud s třetinovým nábojem. Jedna pětina náboje byla zaznamenána v roce 1999 a od té doby byly detekovány různé liché zlomky.

Neuspořádané magnetické materiály se později ukázaly, že tvoří zajímavé fáze rotace. Frakcionace odstřeďování byla pozorována u spinových ledů v roce 2009 a spinových kapalin v roce 2012.

Frakční náboje jsou i nadále aktivním tématem fyziky kondenzovaných látek. Studie těchto kvantových fází ovlivňují porozumění supravodivosti a izolátorů s povrchovým transportem pro topologické kvantové počítače.

Fyzika

Účinky mnoha těl na komplikované kondenzované materiály vedou k vznikajícím vlastnostem, které lze popsat jako kvazičástice existující v látce. Chování elektronů v pevných látkách lze považovat za kvazi-částicové magnony, excitony, díry a náboje s různou efektivní hmotou. Spinony, chargony a anyony nelze považovat za kombinace základních částic. Byly pozorovány různé kvantové statistiky; Vlnové funkce Anyons získávají nepřetržitou fázi výměnou:[3]

Bylo zjištěno, že mnoho izolátorů má vodivý povrch 2D stavů kvantových elektronových plynů.

Systémy

Solitony v 1D, jako je polyacetylen, vést k polovičním poplatkům.[4] Separace náboje na spinony a holony byla detekována v elektronech v 1D SrCuO2.[5] Kvantové dráty s frakčním fázovým chováním byly studovány.

Roztočené kapaliny s částečnými excitacemi rotace se vyskytují ve frustrovaných magnetických krystalech, jako je ZnCu3(ACH)6Cl2 (herbertsmithite ) a v α-RuCl3.[6] Točení ledu v Dy2Ti2O7 a Ho2Ti2O má frakcionovanou svobodu odstřeďování, což vede k dekonfigurovaným magnetickým monopolům.[7] Měly by být v kontrastu s kvazičásticemi, jako jsou magnony a Cooperové páry, které mají kvantová čísla to jsou kombinace složek. Nejoslavovanějšími mohou být kvantové Hallovy systémy, vyskytující se při vysokých magnetických polích v 2D elektronových plynných materiálech, jako jsou heterostruktury GaAs. Elektrony v kombinaci s víry magnetického toku přenášejí proud. Grafen vykazuje frakcionaci náboje.

Byly učiněny pokusy rozšířit dílčí chování na 3D systémy. Stavy povrchu v topologické izolátory různých sloučenin (např. telur slitiny, antimon ) a čistý kov (vizmut ) krystaly[8] byly prozkoumány pro frakcionační podpisy.

Poznámky

  1. ^ „Objeveni nosiči zlomkových poplatků“. Svět fyziky. 24. října 1997. Citováno 2010-02-08.
  2. ^ Martin J, Ilani S, Verdene B, Smet J, Umansky V, Mahalu D, Schuh D, Abstreiter G, Yacoby A (2004). "Lokalizace frakčně nabitých kvazi-částic". Věda. 305 (5686): 980–3. Bibcode:2004Sci ... 305..980M. doi:10.1126 / science.1099950. PMID  15310895.
  3. ^ Stern, Ady; Levin, Michael (leden 2010). „Pohled: Osvobození kohokoli ze dvou dimenzí“. Fyzika. 3: 7. Bibcode:2010PhyOJ ... 3 .... 7S. doi:10.1103 / Fyzika. 3.7.
  4. ^ R.A. Bertlmann; A. Zeilinger (2002-07-27). Kvantové (ne) řeči: Od zvonu po kvantové informace. Springer Science & Business Media. str.389 –91. ISBN  978-3-540-42756-8.
  5. ^ Kim, B. J; Koh, H; Rotenberg, E; Oh, S. -J; Eisaki, H; Motoyama, N; Uchida, S; Tohyama, T; Maekawa, S; Shen, Z.-X; Kim, C (21. května 2006). "Zřetelné disperze spinonů a holonů ve fotoemisních spektrálních funkcích z jednorozměrného SrCuO2". Fyzika přírody. 2 (6): 397–401. Bibcode:2006NatPh ... 2..397K. doi:10.1038 / nphys316.
  6. ^ Banerjee, A .; Bridges, C. A .; Yan, J.-Q .; et al. (4. dubna 2016). „Přibližné chování Kitaevovy kvantové rotace kapaliny ve voštinovém magnetu“. Přírodní materiály. 15 (7): 733–740. arXiv:1504.08037. Bibcode:2016NatMa..15..733B. doi:10.1038 / nmat4604. PMID  27043779.
  7. ^ C. Castelnovo; R. Moessner; S. Sondhi (2012). "Točit ledem, frakcionalizací a topologickým řádem". Roční přehled fyziky kondenzovaných látek. 3 (2012): 35–55. arXiv:1112.3793. doi:10.1146 / annurev-conmatphys-020911-125058.
  8. ^ Behnia, K; Balicas, L; Kopelevich, Y (2007). "Podpisy frakcionace elektronů v ultrakvantním vizmutu". Věda. 317 (5845): 1729–1731. arXiv:0802.1993. Bibcode:2007Sci ... 317.1729B. doi:10.1126 / science.1146509. PMID  17702909.