Теорию квантовой критичности укрепили очевидными доказательствами

Новое исследование добавило данных в поддержку теории, согласно которой странные поведения электронов, включая высокотемпературную сверхпроводимость и физику тяжелых фермионов, следуют из квантовых колебаний сильно коррелированных электронов.

Работу выполнили физики из университета Райса, университета Чжэцзяна, Национальной лаборатории в Лос-Аламосе, университета штата Флорида и института Макса Планка. Результаты опубликованы в издании Proceedings of the National Academy of Sciences.

Исследование описывает следствия ряда экспериментов, проведенных на слоистом композите церия, родия и индия. В ходе экспериментов было впервые проверено предсказание из теории происхождения квантового критического состояния, которая была опубликована физиком Ци Мао Си с коллегами из университета Райса в 2001 году.

«Наша теория в момент ее появления казалась нереальной, поскольку она шла в разрез с учебниками и предполагала, что множество явлений, включая высокотемпературную сверхпроводимость, можно объяснить терминами коллективного поведения сильно коррелированных электронов, а не более знакомой теорией, основанной на в большей степени расцепленных электронах», сообщил соавтор исследования Си.

За прошлые 10 лет экспериментальных данных в поддержку новой теории стало больше, и новое исследование заполнило еще один пробел. В экспериментах ученые исследовали высококачественные образцы тяжелофермионного материала, известного как CeRhIn5.

Тяжелофермионные материалы наподобие CeRhIn5 являются прототипами систем квантовой критичности. В этих материалах электроны действуют в унисон, и даже один электрон, перемещающийся через систему, вызывает мощный эффект. Поведение коррелированных электронов весьма отличается от взаимодействия электронов в металлах наподобие меди, и физики все больше убеждаются, что поведение коррелированных электронов играет важную роль в таких явлениях как квантовая критичность и сверхпроводимость.

Квантовые критические точки, около которых особенно часто бывают замечены данные явления, отмечает мягкую смену фазы или переход из одного состояния вещества в другое. Подобно тому, как таяние льда включает переход из твердого в жидкое состояние, электронное состояние квантовых материалов меняется, когда материал охлаждается до квантовой критической точки.

Физик Ци Мао Си

Критическая температура материала может повышаться или снижаться, если материал меняется химически, подвергается высокому давлению или помещен под воздействие сильного магнита. В новых экспериментах, проводимых в условиях мощного магнитного поля на установках Национальной лаборатории в Лос-Аламосе, исследователи наблюдали магнитно индуцированную квантовую критическую точку в условиях окружающего давления, и сравнили состояние с ранее исследованными случаями индуцированной давлением квантовой критической точки.

Природа квантовой критической точки исследовалась с помощью поверхности Ферми — своего рода трехмерной карты, которая демонстрирует коллективные энергетические состояния всех электронов в материале. Когда физики ранее попытались описать переходы квантовой фазы с помощью традиционных теорий, согласно уравнениям поверхность Ферми должна меняться мягко и постепенно, пока материал проходит критическую точку. В этом случае большинство электронов на поверхности Ферми все еще слабо соединяется друг с другом попарно.

Напротив, теория Си предсказывает, что в критической точке поверхность Ферми подвергается радикальному и мгновенному изменению. Электроны на всей поверхности Ферми становятся строго спаренными, усиливая странные металлические свойства, которые допускают необычные электронные состояния, включая сверхпроводимость.

«Мы определенно наблюдали вид четкой реконструкции поверхности Ферми, предсказанный теорией нетрадиционной квантовой критичности», сообщил соавтор исследования Фрэнк Стеглич, директор института химической физики твердых тел Макса Планка в Дрездене, Германия.

«Наши эксперименты показали, что прямые измерения поверхности Ферми могут характеризовать теоретически предложенные модели квантовой критичности и указывают на универсальное описание квантовых фазовых переходов», заключил физик И Ци Юань из университета Чжэцзяна.

31.01.2015


Подписаться в Telegram



Хайтек

В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом

С помощью большой языковой модели инженеры Мас...

Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах

Исследовательская группа, работающая в UN...

Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий

Когда речь заходит о сверхпроводящих куби...

Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов
Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов

Исследователи из Калифорнийского универси...

PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути
PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути

Исследователи из Принстона применили спле...

Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ
Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ

Ученые из Томского политехнического униве...

Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света
Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света

В основе глобальной интернет-связи лежит оптич...

Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения
Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения

Мемристорные устройства представляют собой кат...

Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников
Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников

Замещающее легирование чужеродными элементами ...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Journal of Experimental Child Psychology: Не спеши языком, торопись делом
Journal of Experimental Child Psychology: Не спеши языком, торопись делом
Frontiers in Allergy: Собаки способны учуять стресс по запаху дыхания человека
Frontiers in Allergy: Собаки способны учуять стресс по запаху дыхания человека
NREE: Виноградари всего мира бьют тревогу из-за изменения климата
NREE: Виноградари всего мира бьют тревогу из-за изменения климата
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом
Current Biology: У бенгальских кошек в ДНК лишь несколько процентов от леопарда
Current Biology: У бенгальских кошек в ДНК лишь несколько процентов от леопарда
В двумерных сверхпроводниках открыта незаметная квантовая критическая точка
В двумерных сверхпроводниках открыта незаметная квантовая критическая точка
Ученые предложили способ узнать, когда именно появляется сознание у младенцев
Ученые предложили способ узнать, когда именно появляется сознание у младенцев
Воздействие табака до рождения повышает риск развития диабета 2 типа у взрослых
Воздействие табака до рождения повышает риск развития диабета 2 типа у взрослых
Рост эффективности бифункциональных катализаторов удешевит производства водорода
Рост эффективности бифункциональных катализаторов удешевит производства водорода
EHJ-DH: Инструмент на основе ИИ успешно предсказывает фатальный сердечный ритм
EHJ-DH: Инструмент на основе ИИ успешно предсказывает фатальный сердечный ритм
Science: Облик будущих партнеров запечатлен у бабочек Heliconius в генах
Science: Облик будущих партнеров запечатлен у бабочек Heliconius в генах
NMI: Создана модель ИИ для разработки новых антибиотиков против супербактерий
NMI: Создана модель ИИ для разработки новых антибиотиков против супербактерий
2-фотонная фотоэмиссионная спектроскопия помогла понять поведение электронов
2-фотонная фотоэмиссионная спектроскопия помогла понять поведение электронов
Chem: Имплантируемые батареи могут работать на собственном кислороде организма
Chem: Имплантируемые батареи могут работать на собственном кислороде организма
Низкий социальный статус повышает риск проблем со здоровьем из-за алкоголизма
Низкий социальный статус повышает риск проблем со здоровьем из-за алкоголизма

Новости компаний, релизы

НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
«Инструменты инновационного развития»
«Инструменты инновационного развития»
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса