Фракционирование - Fractionalization

Эта статья может быть слишком техническим для большинства читателей, чтобы понять. Пожалуйста помогите улучшить это к сделать понятным для неспециалистов, не снимая технических деталей. (Декабрь 2011 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

В физика, дробление это явление, при котором квазичастицы системы не могут быть построены как комбинации ее элементарных составляющих. Одним из самых ранних и ярких примеров является дробный квантовый эффект Холла, где составляющие частицы электроны но квазичастицы несут доли заряда электрона.^[1][2] Под фракционированием можно понимать деконфайнмент квазичастиц, которые вместе рассматриваются как составляющие элементарные составляющие. В случае спин-зарядовое разделение, например, электрон можно рассматривать как связанное состояние 'крутиться 'и'Chargon ', которые при определенных условиях могут свободно перемещаться отдельно.

История

В 1980 году была открыта 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 наблюдалось в спиновых льдах в 2009 г. и спиновых жидкостях в 2012 г.

Дробные заряды продолжают оставаться активной темой в физике конденсированных сред. Исследования этих квантовых фаз влияют на понимание сверхпроводимости, и изоляторы с поверхностным переносом для топологические квантовые компьютеры.

Физика

Эффекты многих тел в сложных конденсированных материалах приводят к появлению свойств, которые можно описать как квазичастицы, существующие 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:^[3]

${ Displaystyle P (| Psi _ {1} rangle | Psi _ {2} rangle) = e ^ {i theta} | Psi _ {2} rangle | Psi _ {1} rangle }$

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

Системы

Солитоны в 1D, например полиацетилен, приводят к половинной зарядке.^[4] В электронах в 1D SrCuO обнаружено разделение спиновых зарядов на спиноны и холоны.₂.^[5] Квантовые провода с дробно-фазовым поведением.

Спиновые жидкости с дробными спиновыми возбуждениями встречаются в фрустрированных магнитных кристаллах, таких как ZnCu₃(ОЙ)₆Cl₂ (гербертсмитит ), а в α-RuCl₃.^[6] Спиновый лед в Dy2Ti2O7 и Ho2Ti2O обладает дробной спиновой свободой, что приводит к деконфайндингу магнитных монополей.^[7] Их следует противопоставить квазичастицам типа магноны и Куперовские пары, который имеет квантовые числа это 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. Состояния поверхности в топологические изоляторы различных соединений (например, теллур сплавы, сурьма ) и чистый металл (висмут ) кристаллы^[8] были исследованы на предмет дробных подписей.

Примечания